基于ARM的任意波形发生器的设计与实现

1、 哈尔滨工程大学硕士学位论文基于ARM的任意波形发生器的设计与实现姓名：杨硕申请学位级别：硕士专业：水声工程指导教师：王向红201103 摘论文首先对系统的各个功能模块进行了划分，叙述了波形发生器的工作原理，提治鱿低车娜碛布枨螅袂度胧讲僮飨低砏和嵌入式微处理器，给出系统的总体设计方案。关键词：任意波形发生器；籛 琫， 甌瑃 瑃瓼，籺；瑃 立题的背景及意义线性调幅、调频、调相信号和占空比可调的方波信号，并且能根据用户的实际需求生可缺少的部分，具有广阔的应用前景。评价任意波形发生器性能的主要指标如下： 型号江苏江南电子疭琇，论文的主要内容论文的主要内容是基于开发板，设计一种性能优良、便捷实用的任意

2、波形的知识，进行系统整体方案设计。 哈尔滨工程大学硕士学位论文嵌入式操作系统的选型嵌入式系统的应用领域举例如下。牛菏只。操作系统操作系统硬件枷硬件乃跣矗窗逶乜7？梢越獴与通用员龋珺主要完成以下两方面常用的嵌入式操作系统主要有以下几种，对这几种系统进行讨论并选定课题将使 开放的源代码；稳定良好的移植性；优秀的网络功能；各种文件系统的支持、丰富的所广泛使用的嵌入式操作系统；实时性；可裁剪性；但是其昂贵的价格让开发者望而是微软推出的嵌入式操作系统琖主要有以下优点：虻哪？榛僮飨低场的可裁剪性，使其体积也非常小。一内核只有笥遥辉黾油缰中枰；增加支持需要辉黾油夹谓缑嬷中枰4蟾。这样就可以完美地适应一些硬件

3、资源不足的嵌入式设备的要求。嘀钟布教帧看蟮目7摺肫渌度胧讲僮飨低诚啾龋琖为开发人员提发工具有 用；对于操作系统内核的定制人员，可使会按需控制，控制其在不同嵌入式处理器的选型嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件。根据不完全统计，目前全世界嵌入式处 哈尔滨工程大学硕士学位论文通常在选择具体的嵌入式处理器时，需要从以下几点考虑：低了整个系统的开发费用，提高系统的可靠性。嵌入式处理器的选择还要结合任意波形发生器本身的要求。目前，比较流行的嵌入式处理器主要有以下几种：盗写砥魇侵谒苤5拇砥鳌系列处理器性能良好；兼容性好、软件较复杂，功耗较大。逑到峁埂侥壳拔V梗琍已经发展了四是出售芯片设计技术的授权。半导体生

4、产商从竟郝蚱渖杓频腁微处理器核， 任意波形发生器主要实现函数波形发生和任意波形发生两种功能。用专用函数发生器芯片，也可以通过模拟震荡电路产生。直接数字合成技术嵌入式处理器和疉芯片，产生高速、高分辨率的波形输出要求。尽可能地满足用户的多种要求。 嵌入式一幽图系统总体设计方案整个系统主要包括两部分：据接口、人机对话、控制数据处理等内容。产生通用函数波形。系统的硬件结构框图如下：图系统硬件结构框图通过对用户界面程序中选项的设定，把对应的数据送到接口电路。 嵌入式系统的开发流程的嵌入式系统开发流程图如下：涉及硬件开发操作系统发布的嵌入式系统开发流程买了广州友善之臂公司的开发板。 开发板的主要硬件资源特

5、性如下脚：砥魇褂肧腘支持操作系统蚖型接口；芙的扩展接口。诵蠾厦挥蠦挂J褂玫魇源砣砑，通过下载线将烧写到开发板。系统利用原始设备制造商提供的谟布迳显诵蠾，在开发板上的具体过程如下：J枷略谽：操作系统定制过程是通过，跳 砑铀枰5淖榧帧蚩O嘤榧螅阌壹瘛癆；添加文件系统的支持，依次点击展开，为了支持趟褂玫腇；添加注册表保存卡支持，依次点击展开；为了实现隤耐搅樱砑油饺砑趾蚒口组件的支持，依次打开添加组件稶，录海躓躊内核的可裁剪性，根据要求可以添加对应的组件和驱动程序到内核映像文件中。嵌入式操作系统的后续发展的操作系统，并将其整合在一起。 悄苁只僮飨低简称，并于年底发布了系列彻底退出了手机操作系统市饕;赪

6、不是最新发布的版本，但是从嵌入式本章小结统，并提出了系统的设计方案。 系统硬件电路的模块实现图硬件设计的总体框图波形发生器的电源管理框图如图所示。 哈尔滨工程大学硕士学位论文图波形发生器的电源管理框图骷外围电路：；藕欧餍酒琈海篒：；和，为系统提供电源管理。 图典型管脚连接图式中：。表给出了电阻墨和电阻旱牡湫妥柚怠菔导市枰J涑龅缪，选择电单位綫甉 控制模块通过在中编程使用循环寻址的方法构成一个类似的缓存结构，完成甅，滞獠看娲鳎，。将数字信号转换为模拟信号的过程称为疉转换，能够完成这种转换的电路叫做。疉转换器能够将输入的数字和速度符合系统的设计要求。围为，实现输出端电流电压转换，输出电压可由式表示

7、。 采样前的信号，信号的采样频率石应大于信号最高频率矗的两倍，即采样频率后应满合成信号的最高频率为。的写操作时序图如图所示。的数字信号转换为模拟信号输出；为复位信号，低电平有效。建立时间乇。是指在 时钟沿到来以前，数据从不稳定到稳定所需的时间，如果建立时间不满足要求，那么时间，如果保持时间不满足要求，那么数据同样也不能被稳定的打入触发器。满足时钟参数要求的前提下，就能将缓存中的数字信号转换为模拟信号输出。是一种具有高频、高精度、低输出电阻、驱动能力很强的函数信号发生德史段，各种波形的输出幅度均为。的连接框图如图所示。；扣图的连接框图 电流缤懔髟吹缏肥迪帧诘缏分校琁为稳压二极管，将三反向击穿电压

8、，电流输入可由式表示。决定，若输出波形的中心频率为五，当管脚猳保宓募扑愎娇捎墒的频率为，其计算公式可由式表示。 图的波形、频率控制示意图低通滤波器系统的滤波器电路使用芯片琇是一款线性相位、低功耗的十阶 的电容接芙保诓糠制滴：坏盌管脚短接到芙保诓糠制滴：。系统采用内部时钟，截止频率为。电压跟随器 片集成的低噪声放大器，断开运放芙氲氐牧樱管脚接入的是当使用生成标准函数波形时，通过输出电压的改变，实现输出频率运放电路任意波形发生器作为信号源，要求在不同的条件下提供信号，这就需要能够提供功率足够大的信号。在系统中设计的信号输出的幅度范围为，由前文可知，是一款电流输出型的疉转换芯片，系统中外接电流电压转

9、换电路得到电压输出，如果仅靠疉转换模块中的芯片，输出信号的最终输出电压范围为，因此需要对输出波形的幅度进行放大。根据电学中分贝与电压叮蚍直捶段#。褪妫。 系统使用电路设计软件电路板的设计。电路板的设计流程如下：首先绘制原理图，并在绘制原理图的过程中 本章小结 软件界面的主要工作包括：在嵌入式操作系统下，使用应用程序开发工具编写应开发板和机的同步连接使用微软提供的工具，可以让与机之间方便的进行通讯连的右下角的也变成了绿色，此时开发板与机的同步连接已经完成。来宾已建叠隐藏详细信息交此时，双击打开柯迹诘缒岳镎乙桓鲂的文件并拖到打开的 现任意波形发生器与上位机的通信，实现开发板中的文件复制等操作。的软

10、件设计根据系统设计要求，的软件设计主要包括：系统使用外部的晶振来提供时钟信号，图为和晶振的连接图，皿瓤贜图和晶振的连接图；时钟信号。 位数据卜时钟信号卜图为疉芯片提供数据通道及时序控制的连接框图频率将写入的数字信号转换为模拟输出。制信莎图为函数信号发生模块提供数据传输的连接框图 哈尔滨工程大学硕七学位论文不同，閂谟挚煞治#憾薎是皇涑隹冢欢丝贐个：挎签：疓：图接口的复用的相应位中读出数据；如果端口被配置为输出口，那么数据就可以写入到端口数据寄存器的相应位中，并且所有寄存器的值在掉电模式下将会 表端口描述【：】 表端口描述】输出；然后再配置数据寄存器，将对应的位设为騦。 图流式驱动框架统一加载、管

11、理和卸载。应用程序褂肳盪：。山； 函数入口参数的取值。 ；一； ；函数来调用这个函数。 ；廖募飧龊隦函数很类似，是这个设备的 ，盪：；由开发人员定义，通过头文件提供给应用程序使用缓冲区指针，指向驱动程序传送给应用程序使用的数传送给应用程序使用的数据长度指针，用于返回实际处理数据的长度；碢；佑一； 一鳳唬疓置高，；低彻移鹎暗饔玫暮畁创建时生成的句柄。盪：；，创建时生成的句柄。一亚绦蛱砑拥紹中加以编译 哈尔滨工程大学硕士学位论文上在闹鞑说械鉈通过映射虚拟地址空间控制通用口 ；”关联失败”琋；”映射失败”琋；贰心”瑅；渲枚丝诳刂萍拇嫫骱投丝谑菁拇嫫鳌獠糠执朐节中有类似描述，的方便之处就是用户态的应用

12、程序，仍可通过使用和这两个函数，来访问所有这些虚拟空间，对于不太复杂的程序，甚至可以简称是就瞥龅腤程序可视化的开的相似之处。操作平台的软件，系统显控软件选用了 ，琋；，琋，；当被调用时，的数值，决定执行的操作。测试程序的主要代码如下： ，琋琋； 籋琋，琋琋；恢玫停坏卑聪翨时，下保珿被置低；当按下保珿被置高。柯枷律桑甧可执行程序。本章小结程序软件和用户功能程序的设计思路，然后对的软件设计进行了论述，接着给 哈尔滨工程大学硕士学位论文系统的硬件、软件设计，在功能上已经基本上达到了设计要求。接下来对系统进数值并通过软件编程检查复位时的参考电压和峰值电压。 硬件测试完成后，在此基础上进行系统测试，测试

13、框图如图所示。到底层硬件毕纠示波器图任意波形发生器功能测试框图最小电压是。越大，可以存储的波形就越多，系统的波形存储容量为。 哈尔滨工程大学硕士学位论文计算得到的信号频率为、和的正弦波、三角波和方波的输出波，一“盯：格式肾八关于，鬻八、咪。，船翟燃砼綢蚍眦叠一一籋格式一存关图千像 选择文件夹簘灰欢：，一，“图垤阫一州关于关于霎謦鼗心“：，。晒讲使用吉时利型数字万用表测量输出波形频率的平均值，测试结果统计如表所示：表频率精度测量统计信号频率理论值鉠信号频率计算值 分之一的误差；使用的电阻理论值为，经过实际测量为。圃川厂一赫选择衄关于文件夹图知删腮囊口洲图 柏要叛缲图正弦信号和方波信号频谱图正弦信

14、号和方波信号频谱图：唬，：篠唬簀止坛信弓和力波信弓频谱斟 测试结果分析疉转换器的性能对产生波形的影响疉转换器的分辨率和转换误差共同决定了疉转换器的转换精度。分辨率即为疉转换电路所能分辨的最小输出电压和满量程输出电压之比。最小转换误差通常用满量程的百分数来表示，如果一个疉转的倍数来表示，系统选用的疉转换器的转换误差是，则表示输出电压的绝对误差是最低有效位时的输出电要使疉转换器的转换精度高，不仅要选择位数高的疉转换器，还要选用稳定导通压降、电阻网络中电阻值的偏差等。 ，满足系统的要求。线性度是指系统的输出与输入，能否达到理想系统那样，保持正常值比例关疉合成的波形由朗涑觯蒙衔换伤璨蔚氖荩缓笸鼳只需要

15、改变缓存中的数据，就能将存入的波形数据重新整合出来。系统调试过程中出现的问题及解决办法的解决办法：之前曾经禁用过电脑的网卡，导致不可用。重新将号复制 下的只支持贓 蠧导食晌A薈，指针变为了桓鲋赶騏之间的通信为点对点协议珹上的腢收舷窒螅河肊嘈床馐猿绦颍傻模甧文件复制到校匦驴;诵校甧时，出现错误：找不到某一个组件，请确认路径和文件解决办法：拷贝一个库文件紸中。本章小结 哈尔滨丁程大学硕七学位论文结论论文采用嵌入式系统来构建任意波形发生器的微处理器控制系统，并通过运行嵌论文首先对系统的各个功能模块进行了划分，叙述了波形发生器的工作原理，提首先利用上位机生成所需波形的数据，通过涌诮甦格式的波形文件传到遇到的问题和存在的不足之处，给出了今后的研究方向。 钱朝晖采用际醯母咝阅芾状镄藕旁碵浚执状铮甑期：游庆和任意波形发生器硬件系统设计】电子科技大学硕士学位论文，阡眵，李衍忠，蔡英杰，姚强，向敬