虚拟任意波信号发生器研究
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摘要
针对传统台式任意波信号发生器体积庞大、接口不灵活、系统封闭、功能固定、价格昂贵等缺点，本文论述一种新型便携式虚拟任意波信号发生器：它在必要的硬件平台的支持下，在通用计算机上通过软件实现仪器中数据分析处理、人机交互和显示等几部分功能模块，有性价比高、功能多、灵活性强、人机界面好、使用方便等优点。
本文分为六章：
第一章阐述了课题的由来和研究意义，并讨论了其研究内容和目标。
第二章论述虚拟任意波信号发生器硬件系统设计，详细说明了各主要电路模块的实现。
第三章论述虚拟任意波信号发生器软件系统设计。
第四章就虚拟任意波发生器波形误差的来源、种类进行了定性、定量分析，提出了减少误差的具体方案。
第五章描述了虚拟任意波发生器实际产生的波形并加以分析。
第六章对全文进行了简明的总结，并对该领域在未来的研究做了展望。
总之，本课题在理论和实践上均取得了一定的突破。在理论上，提出了利用COM组件技术实现虚拟仪器开发平台驱动程序的观点，解决了长期以来驱动程序不能通用的问题；在应用上，首次在信号发生器中采用以USB、FPGA和DDS相结合的硬件电路设计，取得了很好的效果，达到了产品级的设计要求。
In contrast to the traditional desk arbitrary wave generator which has disadvantages of large volume, inflexible interface, closed system, fixed function and expensive price, with the support of essential hardware platform and by relevant software on common computer, a new-style portable generator with the advantages of low price vs high performance, strong agility, more functions, friendly interface and easy to use discussed in present thesis is designed to realize the modules of display, interchanging between human and machine as well as datum analysis & treatment in instrument, etc.
Present thesis is divided into six chapters.
The first chapter discusses this study's reason and its research significance. Furthermore, explains the contents and research objective.
The second chapter expatiates the hardware system design of the generator and the realization of its main circuit modules.
The third chapter expounds the software system design of the generator.
The forth chapter quantitatively & qualitatively analyzes the sources and varieties of wave shape error, and offers a concrete proposal to reduce the error for the generator.
The fifth chapter describes and analyzes the actual wave shape engendered by the generator.
The sixth chapter gives a succinct statement to the whole thesis and prospects for the future in this field.
For the above mentioned, present study acquires certain breakthrough in both theory and practice. In theory, it gives the idea of realizing the driver of virtual instrument development platform by COM component technology, which solved the uncommon issue of the driver. In practice, a hardware circuit design combined with USB, FPGA and DDS is well achieved and reached the design standard of product level.
本文分为六章：
第一章阐述了课题的由来和研究意义，并讨论了其研究内容和目标。
第二章论述虚拟任意波信号发生器硬件系统设计，详细说明了各主要电路模块的实现。
第三章论述虚拟任意波信号发生器软件系统设计。
第四章就虚拟任意波发生器波形误差的来源、种类进行了定性、定量分析，提出了减少误差的具体方案。
第五章描述了虚拟任意波发生器实际产生的波形并加以分析。
第六章对全文进行了简明的总结，并对该领域在未来的研究做了展望。
总之，本课题在理论和实践上均取得了一定的突破。在理论上，提出了利用COM组件技术实现虚拟仪器开发平台驱动程序的观点，解决了长期以来驱动程序不能通用的问题；在应用上，首次在信号发生器中采用以USB、FPGA和DDS相结合的硬件电路设计，取得了很好的效果，达到了产品级的设计要求。
In contrast to the traditional desk arbitrary wave generator which has disadvantages of large volume, inflexible interface, closed system, fixed function and expensive price, with the support of essential hardware platform and by relevant software on common computer, a new-style portable generator with the advantages of low price vs high performance, strong agility, more functions, friendly interface and easy to use discussed in present thesis is designed to realize the modules of display, interchanging between human and machine as well as datum analysis & treatment in instrument, etc.
Present thesis is divided into six chapters.
The first chapter discusses this study's reason and its research significance. Furthermore, explains the contents and research objective.
The second chapter expatiates the hardware system design of the generator and the realization of its main circuit modules.
The third chapter expounds the software system design of the generator.
The forth chapter quantitatively & qualitatively analyzes the sources and varieties of wave shape error, and offers a concrete proposal to reduce the error for the generator.
The fifth chapter describes and analyzes the actual wave shape engendered by the generator.
The sixth chapter gives a succinct statement to the whole thesis and prospects for the future in this field.
For the above mentioned, present study acquires certain breakthrough in both theory and practice. In theory, it gives the idea of realizing the driver of virtual instrument development platform by COM component technology, which solved the uncommon issue of the driver. In practice, a hardware circuit design combined with USB, FPGA and DDS is well achieved and reached the design standard of product level.
引文
[1] http://www.edw. com. cn
[2] 郑莹娜、樊鑫瑞等，低频伪随即相关信号发生器的研究，自动化仪表，Vol．75．No．1，1994
[3] 陈循，温熙森，虚拟信号发生器生成信号的误差分析，强度与环境，2000．4
[4] 陈循，唐丙阳，温熙森，常用测试信号的微机生成与控制技术，振动与冲击，1996．15(2)
[5] 王建和等，采用DDS技术实现的频率合成信号发生器，电子技术，1997．1
[6] 聂祥羿 等，应用DDS芯片AD9835开发的一种高精度频率信号发生器，电子技术，2001．6
[7] 吕勇军等，程控高精度信号发生器的设计，仪表技术，1998．3
[8] 董中华，智能信号发生器设计，青岛大学学报，1995．12
[9] 郭钧锋等，可编程任意数字信号发生器实现技术，无线电工程，1995，第25卷，第5期
[10] 赵洪亮，一种实用任意波形发生器的设计，仪表技术，1999．2
[11] 陈客松等，一种虚拟仪器概念的任意波形发生器的研制，仪表技术，2000．6
[12] 彭端等，单片机控制阶梯波信号发生器，广东机械学院学报，Vol．13 No．4 Dec．1995
[13] 石碧青等，基于Windows95的数字信号发生器的设计方法及应用，计算机应用研究，1999．1
[14] 林金朝，以晶振器为基准的新型信号发生器设计与分析，重庆邮电学报，Vol．9，No．2，1996
[15] 周正平等，超低频移相信号发生器的设计，仪表技术，2000年第7期
[16] http://www.rigol.com
[17] http://www.vlink.com.cn
[18] Datasheet: DS345 SYNTHESIZED FUNCTION GENERATOR
[19] Universal Serial Bus Specification,version 1.1,Compag,Intel,Microsoft, NEC Nov 1998
[20] Universal Serial Bus Specification,version 2.0, Compag, HP, Intel, Lucent, Microsoft, NEC, Philips,April 2000
[21] Anchor Chips Incorporated,The EZ-USB Technical Reference Manual,1999
[22] http://www.usb.or.q/developers/docs.html, USB1.1 规范
[23] Jan Axelson 著，陈逸等译，USB大全，中国电力出版社，2001．5
[24] 萧世文编著，USB2．0硬件设计，清华大学出版社，2002年
[25] Datasheet: CMOS,125MHz Complete DDS Synthesizer AD9850,ANALOG DEVICES, 1997
[26] LTC Datasheet: Product LTC1666/LTC1667/LTC1668, www.linear.com
[27] XILINX,spartanll_databook,2000.3
[28] XILINX,The Programmable Logic Data Book 2000,XILINX Inc.,2000
[29] Datasheet: Ltc1663,LINEAR TECHNOLOGY
[30] 卢文祥，杜润生，机械工程测试信息信号分析，华中理工大学出版社，1999
[31] 杨华中，江惠，数值计算方法与C语言工程函数库，科学出版社．1996年
[32] http://www.zjbew.com/huixun/0511/dqzj.htm
[33] 王幸之等编著，单片机应用系统抗干扰技术，北京航空航天大学出版社，2000．2
[34] 朱世华等，可编程任意数字信号发生器—原理、误差及实现，电子学报，1997年10月，第10期
[35] Sanjit K.Mitra Digital Signal Processing—A Computer-Based Approach, McGraw-Hill,2001
[36] 胡书广 著，数字信号处理—理论、算法与实现，清华大学出版社，1997年
[37] 张贤达 著，现代信号处理，清华大学出版社，1996年
[38] ALAN V.OPPENHEIM 著，刘树棠译，信号与系统，西安交通大学出版社，1998年
[39] 薛宏熙等编著，数字系统设计自动化，清华大学出版社，1996年
[40] P.F.Panter.Modulation,Noise,and Spectral Analysis.McGraw-Hill,New York NY,1965
[41] R.J. Doloughry and I. Davenport,Microcomputer-based Calibration Noisegenerator, Flow Measurement and Instrumentation Vol.2,No.2,1991.4
[42] Don Box,Essential COM,Addison Wesley Longman,Inc 1999
[43] George Shepherd,Brad King,Inside ATL,Microsoft Press 1999
[44] Dale Rogerson著，杨秀章译，COM技术内幕，清华大学出版社，1997年
[45] 潘爱民，COM原理与应用，清华大学出版社，1999年
[46] Corry,Mayfield,Cadman著，刘云，孔雷译，COM／DCOM编程指南，清华大学出版社，2000
[47] David J．Kruglinski著，潘爱民，王国印译，Visual C++技术内幕，清华大学出版社，1999
[48] Jerry Anderson著，张知一 译，Visual C++5 ActiveX编程指南，清华大学
出版社，1998
[49] Jim Beveridge&Robert Wiener著，侯捷译，Win32多线程程序设计，华中科技大学出版社，2001
[50] 朱家诚，基于ActiveX技术的查询控件的开发，计算机工程与应用．第23卷，第2期，1997年
[51] Walter Oney, Programming the Microsoft Windows Driver Model(影印版)，清华大学出版社，2000．1
[52] 樊炜，潘宏，利用COM组件实现虚拟仪器驱动程序，工业控制计算机，2001．10
[53] 左爱群著，基于组件的软件开发方法，计算机应用，第18卷第1期，1999年
[54] Chris Cant著，孙义等译，Windows WDM设备驱动程序开发指南，机械工业出版社，2000．1
[55] 张海瀋，软件工程导论，清华大学出版社，1994
[56] Datasheet: LT1357,25MHz 600V/us Op Amp,LINEAR TECHNOLOGY,1994
[57] Datasheet: Direct Digital Synthesizer, ANALOG DEVICES, 1997
[58] 沈树华，张志强，DDS——一种新型的频率合成技术，通信与广播电视，1995．2
[59] Datasheet: MAX4535,Fault-Protected,High-Voltage Dual 2-to-1 Multiplexers,2000
[60] 张明编著，Verilog HDL实用教程，电子科技大学出版社，1999年
[61] 曾繁泰等著，VHDL程序设计(第二版)，清华大学出版社，2001．1
[62] 徐士良．C常用算法程序集(第二版)，清华大学出版社，1996年
[63] 乔继红，可编程逻辑器件的发展及其应用，北京轻工业学报，第17卷，第3期，1999年
[64] http://www.cypress.com
[65] Philips Semiconductors, THE 12C-BUS SPECIFICATION, VERSION 2.1, JANUARY 2000
[2] 郑莹娜、樊鑫瑞等，低频伪随即相关信号发生器的研究，自动化仪表，Vol．75．No．1，1994
[3] 陈循，温熙森，虚拟信号发生器生成信号的误差分析，强度与环境，2000．4
[4] 陈循，唐丙阳，温熙森，常用测试信号的微机生成与控制技术，振动与冲击，1996．15(2)
[5] 王建和等，采用DDS技术实现的频率合成信号发生器，电子技术，1997．1
[6] 聂祥羿 等，应用DDS芯片AD9835开发的一种高精度频率信号发生器，电子技术，2001．6
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[9] 郭钧锋等，可编程任意数字信号发生器实现技术，无线电工程，1995，第25卷，第5期
[10] 赵洪亮，一种实用任意波形发生器的设计，仪表技术，1999．2
[11] 陈客松等，一种虚拟仪器概念的任意波形发生器的研制，仪表技术，2000．6
[12] 彭端等，单片机控制阶梯波信号发生器，广东机械学院学报，Vol．13 No．4 Dec．1995
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[15] 周正平等，超低频移相信号发生器的设计，仪表技术，2000年第7期
[16] http://www.rigol.com
[17] http://www.vlink.com.cn
[18] Datasheet: DS345 SYNTHESIZED FUNCTION GENERATOR
[19] Universal Serial Bus Specification,version 1.1,Compag,Intel,Microsoft, NEC Nov 1998
[20] Universal Serial Bus Specification,version 2.0, Compag, HP, Intel, Lucent, Microsoft, NEC, Philips,April 2000
[21] Anchor Chips Incorporated,The EZ-USB Technical Reference Manual,1999
[22] http://www.usb.or.q/developers/docs.html, USB1.1 规范
[23] Jan Axelson 著，陈逸等译，USB大全，中国电力出版社，2001．5
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[25] Datasheet: CMOS,125MHz Complete DDS Synthesizer AD9850,ANALOG DEVICES, 1997
[26] LTC Datasheet: Product LTC1666/LTC1667/LTC1668, www.linear.com
[27] XILINX,spartanll_databook,2000.3
[28] XILINX,The Programmable Logic Data Book 2000,XILINX Inc.,2000
[29] Datasheet: Ltc1663,LINEAR TECHNOLOGY
[30] 卢文祥，杜润生，机械工程测试信息信号分析，华中理工大学出版社，1999
[31] 杨华中，江惠，数值计算方法与C语言工程函数库，科学出版社．1996年
[32] http://www.zjbew.com/huixun/0511/dqzj.htm
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[34] 朱世华等，可编程任意数字信号发生器—原理、误差及实现，电子学报，1997年10月，第10期
[35] Sanjit K.Mitra Digital Signal Processing—A Computer-Based Approach, McGraw-Hill,2001
[36] 胡书广 著，数字信号处理—理论、算法与实现，清华大学出版社，1997年
[37] 张贤达 著，现代信号处理，清华大学出版社，1996年
[38] ALAN V.OPPENHEIM 著，刘树棠译，信号与系统，西安交通大学出版社，1998年
[39] 薛宏熙等编著，数字系统设计自动化，清华大学出版社，1996年
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[41] R.J. Doloughry and I. Davenport,Microcomputer-based Calibration Noisegenerator, Flow Measurement and Instrumentation Vol.2,No.2,1991.4
[42] Don Box,Essential COM,Addison Wesley Longman,Inc 1999
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[45] 潘爱民，COM原理与应用，清华大学出版社，1999年
[46] Corry,Mayfield,Cadman著，刘云，孔雷译，COM／DCOM编程指南，清华大学出版社，2000
[47] David J．Kruglinski著，潘爱民，王国印译，Visual C++技术内幕，清华大学出版社，1999
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出版社，1998
[49] Jim Beveridge&Robert Wiener著，侯捷译，Win32多线程程序设计，华中科技大学出版社，2001
[50] 朱家诚，基于ActiveX技术的查询控件的开发，计算机工程与应用．第23卷，第2期，1997年
[51] Walter Oney, Programming the Microsoft Windows Driver Model(影印版)，清华大学出版社，2000．1
[52] 樊炜，潘宏，利用COM组件实现虚拟仪器驱动程序，工业控制计算机，2001．10
[53] 左爱群著，基于组件的软件开发方法，计算机应用，第18卷第1期，1999年
[54] Chris Cant著，孙义等译，Windows WDM设备驱动程序开发指南，机械工业出版社，2000．1
[55] 张海瀋，软件工程导论，清华大学出版社，1994
[56] Datasheet: LT1357,25MHz 600V/us Op Amp,LINEAR TECHNOLOGY,1994
[57] Datasheet: Direct Digital Synthesizer, ANALOG DEVICES, 1997
[58] 沈树华，张志强，DDS——一种新型的频率合成技术，通信与广播电视，1995．2
[59] Datasheet: MAX4535,Fault-Protected,High-Voltage Dual 2-to-1 Multiplexers,2000
[60] 张明编著，Verilog HDL实用教程，电子科技大学出版社，1999年
[61] 曾繁泰等著，VHDL程序设计(第二版)，清华大学出版社，2001．1
[62] 徐士良．C常用算法程序集(第二版)，清华大学出版社，1996年
[63] 乔继红，可编程逻辑器件的发展及其应用，北京轻工业学报，第17卷，第3期，1999年
[64] http://www.cypress.com
[65] Philips Semiconductors, THE 12C-BUS SPECIFICATION, VERSION 2.1, JANUARY 2000