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数字程控信号源设计文献综述

 2020-04-26 11:54:25  

1.目的及意义

在我们的日常学习研究和工业生产设计中,常常会用到信号源,例如在通信、广播中,需要射频发射,即利用高频载波信号让各种数据可以通过发射器中远距离传输。再比如医院的核磁共振,超声波成像,都需要高频信号。就连我们平时使用的校园卡,公交卡等近场通讯技术,也需要信号源的支持。

信号源早在上世纪二十年代电子设备刚出现时就有了。随着技术的发展,四十年代出现了标准信号源,使得信号源从性质到质量的转变。并且出现了能够测量脉冲电路或作脉冲调制器的脉冲信号源。

自六十年代以来信号源有了高效的发展,出现了函数发生器。这个时候的信号源多采用模拟电子技术,由独立的元件或模拟集成电路构成,其电路结构繁琐,且只能够生成正弦波、方波、锯齿波和三角波等简单的波形。

七十年代微型处理器出现以后,利用微型处理器、ADC和DAC,软硬件的配合使用使信号源的功能多样化,能够生成足够复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主,实际上是利用微型处理器对D/A进行控制,以此来生成不同的波形。

八十年代以后,数字集成电路发展势头迅猛,信号源不再采用模拟驱动而采用数字电路,以一个频率为基准由数字合成(DDS)生成频率可以随心改变的信号。

九十年代末期出现了高性能的函数信号源,惠普公司推出了型号为HP770S的信号模拟器。

步入二十一世纪以来,集成电路的发展令嵌入式技术发展突飞猛进,这让我们可以在有限小的单板实现完整信号源的设计制作。目前,引导技术潮流的仍是国外的几大仪器公司,如日本横河、安捷伦、泰克等。例如美国泰克(Tektronix)公司的AFG1022任意函数发生器,内置正弦波、方波、脉冲波、锯齿波、噪声波和45种常用任意波形,频率范围1 μHz ~ 25 MHz,幅度2 mVp-p ~ 20 Vp-p。

国内也有不少公司已经有了类似的仪器。比如上海精密的AFG1410系列,采用DDS技术,内置1.5G计数,输出频率0.01Hz~50MHz,输出幅值2mVp-p~20Vp-p。国内信号发生器起步晚,但发展至今,已经渐渐跟上国际的脚步,能够利用高新技术开发出达到国际水平的高性能多功能信号发生器。

本研究旨在设计一款实用,简单,且功能满足要求的能用程序控制的信号源。信号源可以用模拟电路来制作,也可以用数字电路,第一种方法需要用到集成电路和外部模块配合,对元件的要求高,受各种外力影响较大,当外界的温度、湿度变化时,输出精度会明显变化,而且由于内部电路相对固定,可调节性差,制造完成后,基本不能进行升级或改造。第二种方法就能克服这些问题,由于是数字电路,故其门限判定清晰,抗干扰能力强,其误差很大一部分决定于DAC模块 ,故其精度可控性好,同时数字电路升级容易,且能实现各种新功能,体积小,易携带。而STM32便是数字设计平台中的佼佼者,它具有成本低廉,功能强大的特点。同时它使用应用最广泛的单片机编程软件Keil进行软件设计,使得在软件方面没有较大障碍,故本设计采用STM32单片机设计。

设计这样一款数字程控信号源能为实验带来更好的体验和准确性,同时,也能便于对不同实验进行专业的功能定制和波形定制,同时也能让我国的信号源领域更加蓬勃发展,具有竞争力。

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