LabVIEW-波形发生器剖析

虚拟仪器系统—基于USB的任意波形发生器提纲争论意义及现状系统指标及设计方案系统硬件设计系统软件设计任意信号发生器测试效果争论意义及现状传统信号发生器正弦波信号源函数发生器脉冲发生器扫描发生器针对特定应用,产生波形种类有限,波形不行编程虚拟任意波形发生器综合了其他信号源产生波形的力气产生波形可编程把握适用于各种仿真试验、教学试验等NI-5421100MS/s16位任意波形发生器利用插值可达400MS/s有效采样率SFDR接近91db8、32或256MB的板载内存16位LVDS数字模拟输出具有波形连接与循环的功能NI-542140MS/s任意波形发生器40MS/s更新速率12位区分率/60dBSFDR16MHz正弦波输出波形连接与循环4或16MB板载内存NI-5404100MS/s时钟和频率发生器可生成9KHz~100M正弦波生成直流~100MHz采样时钟频率1.07uHz的频率区分率12位幅值区分率NI-540116MHz函数发生器16MHz正弦波1MHz方波,三角波,斜波产生9.13mHz频率区分率40MS/s更新速率12位幅值区分率基于PCI总线16个模拟输入的程控放大器1个12位的A/D转换器(200KS/s)2个12位的D/A转换器(10KS/s)2个24位的定时/计数器8个TTL电平的数字I/O端口.NI-PCI6024E多功能数据采集卡系统设计指标USB通信接口，实现即插即用具有函数发生器和任意波形发生的功能输出波形频率:0.01Hz~100KHz频率区分率:0.01Hz垂直区分率:16位波形幅度：0~5Vpp波形存贮容量:32K承受LabVIEW或LabScene作为上层软件微型,低功耗,无需外部电源，工作电流<500mA系统设计方案直接频率合成技术〔DDS〕参考频率源频率累加器波形存储器D/A转换器低通滤波器频率把握字信号输出将一个正弦信号取样、量化、编码，形成一个正弦函数表存于存储器中，通过转变相位累加器的频率把握字来转变相位增量，并将变化的相位/幅值量化的数字信号通过Ｄ/Ａ转换器及低通滤波器即可得到合成的模拟信号。波形数据把握字＝２把握字＝４直接数字合成芯片ＡＤ９８５０正是承受了这种方案，产生正弦波．该方法的缺点是：由于是抽点，难免会丧失波形的某些细节，很难做到任意波形发生．该方法的优点是：可以产生频率很高的规章波形，而且相位连续．系统设计方案扫描发生技术可变时钟波形存储器D/A转换器低通滤波器信号输出将一个任意波形信号取样、量化、编码，形成数字量，存于存储器中，通过系统时钟按地址逐个扫描，转变扫描频率就可以得到不同频率的输出，再通过Ｄ/Ａ转换器及滤波器即可得到任意波形的信号。本系统承受该方案实现任意波形发生器该方案的缺点是：输出频率不够高．系统设计框图可变时钟生成(AD9850)CPLD逻辑控制模块USB接口通信模块D/A变换MAX5541微控制器89S52放大滤波应用程序(LabVIEW/LabScene)out可变时钟生成(AD9850)CPLD规律把握模块USB接口通信模块D/A变换MAX5541微把握器89S52放大滤波应用程序(LabVIEW/LabScene)out波形存储器(62256)扫描时钟发生－AD9850AD9850是AD公司生产的DDS芯片，32bits频率把握字,5bit相位调制,具有简化的把握接口〔并行或串行输入〕。32位相位累加器，截断成14位，输入正弦查询表，查询表输出截断成10位，输入到１０位DAC。并集成了高速比较器，能实现全数字编程把握的频率合成器和时钟发生器，其最高输出可达４０M．AD9850功能框图AD9850管脚图AD9850把握时序W_CLK、FQ_UD把握信号由CPLD内部产生；

总线DATA在W_CLK上升沿将数据装入存放器，40位需重复5次。最终在FQ_UD上升沿把40位数据从输入存放器装入到频率、相位及把握数据存放器。D/A转换－MAX5541D/A转换器的选择 D/A转换器是整个系统的核心器件，波形信号的质量取决于其区分率和数据输出速率。其制约关系为： 1.D/A的区分率越高，则高次谐波的重量越小； 2.一周期的数据点数越多，模拟信号越平滑； 3.一周期数据点数多，则信号所能到达的最高频率降低； 4.D/A的输出速率越高，波形平滑度越好，一般状况下并行D/A的输出速率高，把握便利，但是价格高，占用的I/O也多；综合上述因素，本设计承受了MAXIM公司的MAX5541，它是16位D/A，2.5V外部基准，0~2.5V电压输出，10MHz三线式串行总线接口，1us的信号建立时间。MAX5541转换把握时序每次输入16位数据，CS低电平有效，SCLK上升沿锁存每位数据，CS上升沿将全部数据锁存，启动一次数据转换

USB通信接口设计USB接口介绍USB硬件开发USB固件程序开发特点：即插即用低功耗总线供电多种速度模式多种设备类价格低廉PC驱动程序开发驱动程序

应用软件

WDMVXD系统软件设计DLL调用访问驱动用户态核心态LabVIEWCLF接口控件设备LABVIEW编程系统软件设计函数波形数据生成任意波形数据生成频率把握数据传输函数波形数据生成正弦波方波三角波锯齿波直流－正弦波数据生成－方波波数据生成５０％２０％－三角波数据生成５０％２０％－锯齿波数据生成－直流数据生成－任意波形数据生成波形数据手写板最大值最小值频率把握由于扫描时钟频率，D/A转换速率和一个周期波形数据的点数，这３个因数是相互制约的．为了使输出波形到达最高指标，这３者要协调考虑．对于任意波形发生，用户需要指定一个周期波形的点数，再结合输出频率计算出扫描频率对于函数波形发生，用户只要选择波形种类和输出频率，幅度，偏置，占空比等参数，不必要输入一个周期的点数，由软件确定最正确点数．具体过程是：先依据系统允许的最高扫描频率除以用户设置的输出频率，计算出一个周期的点数，但结果可能是小数，所以要将其四舍五入，所得的结果是最正确点数．在重新依据这个最正确点数和用户设置的输出频率，算出扫描频率．比方系统允许的最高扫描频率在500K左右，现要输出1.5KHz的正弦信号，计算得一个周期需要８Ｍ／1.5K＝333.33个点，那么取一个周期333个点是最正确点数．则扫描频率＝1.5KHz×333＝499.5K数据传输上层应用程序通过往底层送数据包与板卡建立通信.每个数据包最多64个字节．LabVIEW面板LabScece面板－测试效果