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基于ARM技术的多路任意波形发生器研究

作　者: 梁旭
导　师: 李业德
学　校: 山东理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 任意波形发生器嵌入式系统直接数字合成 S3C44B0X TMS320VC5416
分类号: TP346
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

任意波形发生器(AWG, Arbitrary Waveform Generator)是随着不断进步的计算机技术和微电子技术在测量仪器中的应用而形成和发展起来的一类新型信号源。AWG能够产生各种标准波形信号和用户自定义任意波形信号,并且精度高、稳定性强、可重复性和易操作性好,具有广阔的应用前景。本文研究的是一种基于ARM (Advanced RISC Machines)嵌入式系统和直接数字合成技术(DDS, Direct Digital Synthesis)的新型任意波形发生器系统。其中,DDS是其核心技术原理。DDS技术是一种先进的频率合成技术,其主要优点是易于程控,相位连续,输出频率稳定度高、范围宽、分辨率高,是任意波形发生器研究的一个重要方向。本文详细讨论了DDS系统的基本组成、工作原理和特点。同时,对应用DDS技术合成信号的频谱杂散性作了详细分析,给出了改善合成信号频谱纯度的方法。DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。本文选择基于S3C44B0X微处理器的ARM嵌入式系统实现DDS技术。S3C44B0X是三星公司的一款ARM7芯片,基于ARM公司的16/32位RISC处理器内核ARM7TDMI设计,拥有高速、低功耗、多功能、高性价比,特有双指令集等诸多优异的性能,适于作为仪器的主控制芯片。本文从工程应用的角度出发,深入研究基于ARM嵌入式系统、以DDS技术为核心的任意波形发生器技术。设计了一个以S3C44B0X+TMS320VC5416双核系统和AD9854 DDS专用芯片为主要功能单元的实际任意波形发生器,阐述了软/硬件详细开发过程,给出了任意波形发生器的电路框图、电路原理图、设计过程和详细的软件流程图,介绍了任意波形编辑软件的开发流程。通过测试,证明本任意波形发生器达到了预期的设计要求。最后,对全文的主要研究内容进行了总结,指出了设计过程中遇到的问题及存在的不足之处,给出了主要研究结论和今后的研究方向。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-14
  1.1 引言  9-10
  1.2 任意波形发生器的主要功能及性能指标  10
  1.3 任意波形发生器现状及发展趋势  10-12
  1.4 研究的目的和意义  12
  1.5 本文的主要研究内容  12-13
  1.6 本章小节  13-14
第二章任意波形发生器的理论分析及设计方案  14-27
  2.1 波形发生器工作原理概述  14-15
  2.2 DDS技术原理  15-20
    2.2.1 DDS技术原理  15-18
    2.2.2 DDS技术特点  18-20
  2.3 DDS合成信号的频谱分析  20-24
    2.3.1 理想DDS的频谱分析  21-22
    2.3.2 非理想情况下DDS的频谱分析  22-24
  2.4 利用DDS技术产生任意波形的原理  24-25
  2.5 任意波形发生器的实现方案选择  25-26
  2.6 本章小节  26-27
第三章任意波形发生器的硬件构成与分析  27-46
  3.1 任意波形发生器的总体设计方案  27-28
  3.2 任意波形发生器的硬件构成原理  28-29
  3.3 控制电路设计  29-43
    3.3.1 嵌入式平台介绍  29-30
    3.3.2 53C4480X简介  30-31
    3.3.3 TM5320VC5416简介  31-34
    3.3.4 键盘及显示模块  34-36
    3.3.5 信号采集模块  36-37
    3.3.6 串行数据通信模块  37-38
    3.3.7 ARM7与DSP通信模块  38-41
    3.3.8 其他控制电路模块  41-43
  3.4 硬件电路的制作与调试  43-45
    3.4.1 硬件抗干扰措施  43-44
    3.4.2 电路板的焊接与测试  44-45
  3.5 本章小节  45-46
第四章基于ARM技术的嵌入式系统开发  46-51
  4.1 嵌入式系统简介  46
  4.2 嵌入式系统的特点及开发流程  46-48
  4.3 本系统所用的开发技术  48-50
    4.3.1 ARM简介  48-49
    4.3.2 ARM7TDMI简介  49-50
    4.3.3 软件开发环境简介  50
  4.4 本章小结  50-51
第五章波形产生与调理  51-68
  5.1 正弦波产生与调理  51-60
    5.1.1 DDS芯片AD9854  51-55
    5.1.2 滤波电路  55-57
    5.1.3 时钟电路  57-58
    5.1.4 方波的产生  58
    5.1.5 运放电路  58-59
    5.1.6 频率、相位与幅度控制  59-60
  5.2 任意波产生与调理  60-67
    5.2.1 DSP芯片及外围配置电路  61-62
    5.2.2 DSP存储器扩展  62-63
    5.2.3 数字/模拟转换电路  63-65
    5.2.4 任意波形信号调理电路  65-66
    5.2.5 频率、相位与幅度控制  66-67
  5.3 本章小节  67-68
第六章任意波形发生器的系统软件设计  68-88
  6.1 引言  68-69
  6.2 系统软件的总体设计  69
  6.3 ARM系统软件的设计  69-72
    6.3.1 S3C44B0X 启动代码  70
    6.3.2 应用程序初始化  70-71
    6.3.3 uClinux操作系统  71-72
    6.3.4 MiniGUI图形用户界面支持系统  72
  6.4 ARM用户功能程序设计  72-80
    6.4.1 数据采集模块  73-74
    6.4.2 键盘及LCD显示模块  74-75
    6.4.3 RS232通信模块  75-76
    6.4.4 HPI通信模块  76-79
    6.4.5 AD9854控制模块  79-80
  6.5 DSP系统软件的设计  80-84
    6.5.1 Code Composer Studio简介  81-82
    6.5.2 C5416的启动代码  82-83
    6.5.3 功能程序设计  83-84
  6.6 波形编辑软件的设计  84-87
    6.6.1 波形编辑器的设计框架  84-85
    6.6.2 发送波形数据到硬件存储器  85
    6.6.3 手动绘制产生波形  85-87
  6.7 本章小节  87-88
第七章实验及结果分析  88-91
  7.1 波形发生器输出信号的性能测试  88-89
  7.2 实验结果分析  89-91
第八章结论与展望  91-93
  8.1 结论  91
  8.2 心得与体会  91-92
  8.3 不足与展望  92-93
致谢  93-94
参考文献  94-96
作者攻读学位期间发表的学术论文目录  96-97
附录  97-99

基于ARM技术的多路任意波形发生器研究

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