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1、 毕业设计(论文)开题报告题 目： 基于 DDS 的多波形发生器研究与设计 学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 2015 年 03 月 10 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏
2、目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10 篇（不包括辞典、手册） ，其中至少应包括 1 篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。4统一用 A4 纸，并装订单独成册，随毕业设计（论文）说明书等资料装入文件袋中。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2500 字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述1.课题研究的背景及其意义常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，但这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的 RC 值很大，这样不但参数准确度难以保证，并且体积和
3、功耗都很大。随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis 简称 DDS 或DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。函数信号发生是各种测试和实验过程中不可缺少的工具，在通讯、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。不论在生产、科研还是教学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。二.直接频率合成
4、技术的现状和应用DDS 是一种采样数据系统，因此必须考虑所有与采样相关的问题，包括量化噪声、混叠、滤波等。例如，DAC 输出频率的高阶谐波会折回奈奎斯特带宽，因而不可滤波，而基于 PLL 的合成器的高阶谐波则可以滤波。随着科学技术的日益发展这种频率合成方法也越来越体现出它的优越性来。DDS 是一种全数字化的频率合成方法。DDS 频率合成器主要由频率寄存器、相位累加器、波形 ROM， 、DA 转换器和低通滤波器组成。在系统时钟一定的情况下。输出频率决定于频率寄存器的中的频率字。而相位累加器的字长决定了分辨率。基于这样的结构 DDS频率合成器具有以下优点：(1) 频率分辨率高，输出频点多，可达 2
5、“个频点(假设 DDS 相位累加器的字长是 N；(2)频率切换速度快，可达瑚量级；(3)频率切换时相位连续：(4)可以输出宽带正交信号；(5)输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；(6)可以产生任意波形；(7)全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。直接数字频率合成器 DDS(Derect Digital Synthesizer)是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。一个直接数字频率合成器通常由相位累加器、加法器、波形存储 ROM、DA 转换器和低通滤波器(LPF) 组成。DDS 的组成结构如图 1 所示。其中，K 为频率控制字( 也叫相位增量) ，P 为相位控制字，
6、W 为波形控制字，fc 为参考时钟频率，N 为相位累加器的字长，D 为 ROM 数据位及 DA 转换器的字长。相位累加器在时钟 fc 的控制下以步长 K 累加，输出的 N 位二进制码与相位控制字 P、波形控制字 W 相加后作为波形 ROM 的地址来对波形 ROM 进行寻址，波形 ROM 输出的 D 位幅度码 S(n) 经 DA 转换变成阶梯波 S(t)后，再经过低通滤波器平滑，就可以得到合成的信号波形。由于合成的信号波形取决于波形ROM 中存放的幅度码，因此，用 DDS 可以合成任意波形。如下是 DDS 的基本结构：图 1 DDS 的组成结构波形随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求
7、及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高。尤其随着 70 年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在，许多信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自和智能化方向发展。但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。加之各类功能的半导体集成芯片的快动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的 R
8、C 很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。随着集成电路的迅速发展，用集成电路可很方便地构成各种信号波形发生器。用集成电路实现的信号波形发生器与其它信号波形发生器相比，其波形质量、幅度和频率稳定性等性能指标，都有了很大的提高。 当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率精度、多功能、自动化速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余
9、弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和 D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 DAC 的程序控制，就可以得到各种简单的波形。
10、90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是 HP 公司推出了型号 HP770S的信号模拟装置系统，它由 HP8770A 任意波形数字化和 HP1776A 波形发生软件组成。HP8770A 实际上也只能产生 8 种波形，而且价格昂贵。不久以后 Analogic 公司推出了型号为 Data-2020 的多波形合成器， Lecroy 公司生产的型号为 9100 的任意波形发生器等。 到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 1GHz 的 DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent 的产品 33220A 能够产生 17 种波形
11、，最高频率可达到 20MHz，2005 年的产品 N6030A 能够产生高达 500MHz 的频率，采样的频率可达 1.25GHz。由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：(1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成 v=f (t)形式的波形方程的数学表达式产生。从而促
12、进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。目前可以利用可视化编程语言(如 Visual Basic ,Visual C 等等)编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。（2）与 VXI 资源结合。目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的 VXI 模块。由于 VXI 总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用 VXI 系统测量产生复杂的波形， VXI 的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发 VXI模块的周期长，而且需要专门的 VXI 机箱的配套使
13、用，使得波形发生器 VXI 模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。在民用方面，VXI 模块远远不如台式仪器更为方便。（3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。早在 1978 年，由美国 Wavetek 公司和日本东亚电波工业公司公布了最高取样频率为 5MHz ，可以形成 256 点(存储长度 )波形数据，垂直分辨率为 8bit，主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高性能信号源，经过将近 30 年的发展，伴随着
14、电子元器件、电路、及生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能有了飞速的提高。变得操作越来越简单而输出波形的能力越来越强。波形操作方法的好坏，是由波形发生器控制软件质量保证的，编辑功能增加的越多，波形形成的操作性越好。以下给出了几种波形发生器的性能指标，从中可以看出当今世界上重要电子仪器生产商在波形发生器上的研制水平。从中不难看出，经过将近 30 年的发展，伴随着电子元器件、电路、及生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能有了飞速的提高。变得操作越来越简单而输出波形的能力越来越强。信号发生器既可以构成独立的信号源，也可以是高性能网络分析仪,频谱仪及其它部分自动测试设备的组成部分，因为它能
15、够提供高质量的精密信号源及扫频源，可使用相应系统的检测过程大大简化，降低检测费用并极大地提高检测精度。美国安捷伦生产的 33250A 型函数/任意波形发生器可以产生稳定、精度和低失真的任意波形，其输出频率范围为 1uHz80MHz而输出幅度为 10mVpp10Vpp,该公司生产的 8648D 射频信号发生器的频率覆盖范围更可高达9kHz4GHz。国产 SGI1060 数字合成信号发生器能双通道同时输出高分频率、高精度、高可靠性的各种波形，频率覆盖 1uHz60MHz；国产 SI000 型数字合成扫频信号发生器通过采用新技术、新器件实现高精度、宽频带的扫频源，同时应用 DDS 和锁相技术，使频率
16、范围从1uHz1024MHz 能精确到分辨率到 100Hz，它既是一台高精度的扫频源，同时也是一台高精度的标准型号发生器。还有很多其它类型的信号发生器，他们各有各的优点，但是信号发生器总的趋势将向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能化方向发展。就目前国内的成熟产品来看,我国目前在波形发生器的种类和性能差距正在逐渐地缩小。波形发生器的设计方案多种多样，大致可以分为三大类：纯硬件设计法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。方案一：波形发生器设计的纯硬件法早期，波形发生器的设计主要是采用运算放大器加分立元件来实现。实现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。工作原理嗍也相对简单：首先是产生正弦波，然后通过波形变换(正弦波通过比较器产生方波，方波经过积分器变为三角波)实现方波和三角波。在各种波形后加上一级放大电路，
