虚拟信号源的研究与设计的开题报告

虚拟信号源的研究与设计的开题报告一、研究背景与意义随着电子技术的快速发展，虚拟信号源也成为了一个越来越重要的研究方向。虚拟信号源是利用数字信号处理技术，采用计算机或者嵌入式系统进行模拟产生、操纵各种形式的信号的设备。虚拟信号源已经被广泛应用于通信、电子测量、医疗、工业自动化等领域，在振动、磨损、控制等方面均有着广泛应用。因此本课题的研究意义及必要性已经得到了充分的证明。二、研究目标与研究内容(一)研究目标本研究的目的在于：1、探究虚拟信号源的原理与应用，提出适应当前电子技术发展的虚拟信号源的设计方法与实现方案。2、通过编写测试程序，对设计方案进行验证及评估，提高虚拟信号源生成过程的可重复性及可靠性，验证数据生成质量以及测试系统的正确性。(二)研究内容本研究的内容包括：1、对现有虚拟信号源及其特点进行研究。比较各种虚拟信号源的性能、优缺点、适用场合等，探讨优化虚拟信号源的手段。2、研究虚拟信号源的设计思路及算法，提出一种基于FPGA实现的高速、精度高并且易于实现的虚拟信号源设计方案。3、通过设计并编程实现，验证所提出的虚拟信号源的实用性及可行性，实验室实测数据比较真实性，其测试工作的正确性得到有效的保证。三、研究方法研究方法主要包含文献调研、算法设计与实现、辅助软件编写及实验测试等步骤。(一)文献调研：通过文献资料库检索相关的虚拟信号源技术方面的文章，了解各种虚拟信号源的实现方法及性能对比。参照现有文献研究和实验数据，分析各种虚拟信号源的优缺点，为今后的算法设计提供参考。(二)算法设计与实现：深度探究各种虚拟信号源的设计原理以及算法特点，研究基于FPGA构建虚拟信号源生成电路结构。详细设计虚拟信号源的各种模块，依据虚拟信号源的输出需求，实现高精度生成各种波形功能。在硬件电路实现的相关辅助软件中，采用C++进行算法实现，借助XilinxISE、Modelsim等开发工具提高开发效率、保证开发质量。(三)实验测试：通过应用于医学成像、通信、自动化控制等领域中的具体项目并对虚拟信号源进行功能和质量测试，验证虚拟信号源的可靠性、实用性、适用性。四、项目计划与时间安排项目的主要工作时间安排如下：(一)调研阶段(时间：2周)1、查找相关文献，调研虚拟信号源的原理、研究方向、发展历程等内容。2、阅读现有虚拟信号源国内外发表的论文，进行相关技术梳理，提炼设计关键点。3、对现有虚拟信号源模块进行讨论和比较，确定优化方案。(二)算法设计与实现(时间：8周)1、从理论上分析虚拟信号源的基本原理和要素。2、设计出方案，确定虚拟信号源的生成算法流程、实现方式、和设计参数，提出对硬件和软件的要求。3、运用开源电路设计工具实现FPGA芯片，定制数码信号发生器白噪声发生器、任意波发生器功能。4、根据虚拟信号源设计规则，把算法实现到电路当中，完成基础代码编写。5、编写虚拟信号源底层驱动程序，为测试程序的编写奠定基础。(三)实验测试(时间：4周)1、在BIOS阶段中编写测试程序，对虚拟信号源和测试程序进行联合调试和优化。模拟信号源、稳压源进行测试减小噪声以及实现其他相关的功能。2、对虚拟信号源进行功能和质量测试，对比分析不同场景下虚拟信号源实用性，验证虚拟信号源的设计是稳定性。3、测试程序的开发，测试通用性功能也可以在多个设备上使用。5、预计时间为14周，完成时间为2022年6月份。五、初步预估需求及投入1、硬件设备：开发板(含FPGA等)、振动平台、电子天平、电压表、分析仪等。2、软件环境：操作系统、模拟器、仿真工具等。3、人