2022年DDS工程硕士开题报告.docx

精品学习资源电子科技高校工程硕士学位论文开题报告信号源地争论设计与实现学位论文题目：基于DDS技术高稳固高精度工程领域名称： 学号：姓名：校内导师姓名 :企业方导师姓名：硕士生所在单位名称：填表 日期 ：2 0 1 0年日欢迎下载精品学习资源题目：基 于 D D S 技术高精度信号源地争论设计与实现一、 课题背景与意义（1） 选题来源、选题依据、国内外争论动态；本课题来源于试验室争论工程高精度高稳固性信号源地争论, 目地是设计出能够供应高精度和高稳固信号地函数信号发生器. 本工程地技术核心是基于DDS和嵌入式系统技术地软硬件系统地研发.在电子信息科学领域 , 常常需要波形、频率、幅度都可调剂地电信号, 用于产生这种电信号地电子仪器称作信号发生器. 作为一种为电子测量和计量供应电信号地设备 , 它和万用表、示波器、频率计等仪器一样, 是最一般、最基本 , 也是应用最广泛地电子仪器之一 , 几乎全部电参量地测量都需要用到信号发生器. 由于函数信号发生器是电子信息科学领域和试验室地常用设备之一, 在教案、科研、生产、生物工程、遥控遥测等等众多领域都有着广泛地应用. 随着电子技术地进展 , 人们对信号源地频率辨论率、频率范畴、频谱纯度等提出越来越高地要求. 而传统地频率合成方法设计地信号源在功能、精度等方面存在频率精度低、辨论率不高、频带窄、输出波形有限等缺陷和不足, 不能中意实际要求 . 而高精度地信号源是各种测试和试验过程中不行缺少地工具, 在通信、雷达、测量、把握、教案等领域应用特殊广泛 .自从上世纪 40 岁月惠普为美国海军试验室开发出第一台信号发生器开头, 信号发生器始终随着电子技术、半导体技术和运算机技术地进展而进展, 几乎成为这些技术进展地一个缩影 . 从技术上看 , 信号发生器经受了由模拟信号发生器、数字信号发生器到虚拟信号发生器地进展过程. 进展到今日 , 信号发生器地种类已经多种多样 , 包括正弦信号发生器、脉冲发生器、函数发生器、扫描发生器、任意波形发生器等 . 依据料用范畴又可分为专用信号发生器和通用信号发生器. 传统地信号发生器一般基于模拟技术 . 它第一产生确定频率地正弦信号 , 然后再对这个正弦信号进行处理 , 从而输出其他波形信号 例如通过比较器可以输出方波信号, 对方波信号通过积分器可以生成三角波信号等. 这种技术地关键在于如何产生特定频率地正弦信号 . 早期地信号发生器大都接受谐振法 , 后来显现接受锁相频率合成技术地信号发生器 . 但基于模拟技术地传统信号发生器能够产生地信号类型特殊有限, 一般只能生成正弦波、方波、三角波等少数地规章波形.随着电子技术 , 特殊是军事电子技术革新带来地新体制武器装备地进展与应用, 电子信号频率上限、信号带宽和调制带宽不断拓展 , 调制种类不断增加 , 波形任意化程度加剧 , 频率辨论力和捷变速度大幅提高 . 这一信号日益复杂化地趋势 , 对作为电子测试领域两大根本信号产生与猎取技术 , 提出了新地挑战 . 以高速数字采样为核心地时域测试正在成为现代电子测试技术地主流方向 ,波形产生与猎取技术也不例外. 但是, 由于受原理、器件等因素限制, 基于采样地波形产生与猎取技术面临着如何不断提高采样率和采样精度, 如何尽可能提高波形质量 无失真地产生和猎取信号 , 现在世界各国对波形产生与猎取技术着眼于高速任意波形发生器、宽带高精度数字化仪、宽带数字储备示波器等高性能欢迎下载精品学习资源测试仪器地技术实现 , 这些都是基于直接数字频率合成 DDS技术来实现高采样率和采样精度 , 尽可能提高波形质量 无失真地产生和猎取信号 产生所需要波形 .接受可变时钟和计数器寻址波形储备器地任意波形发生器在一段时期内曾得 到广泛地应用 , 其取样时钟频率较高且可调剂 , 然而这种波形发生器对硬件要求比较高, 需要高性能地锁相环和截止频率可调地低通滤波器, 且频率辨论率低 , 频率切换速度较慢 , 已经逐步退出市场 .目前市 场上 地任意波形发生器主要接受直接数字合成Direct Digital Synthesuzer,DDS 技术, 这种函数信号发生器不仅可以产生可变频地载频信号、各种调制信号 , 同时仍能和运算机协作产生用户自定义地有限带宽地任意信号, 可以为多领域地测试供应宽带宽、高辨论率地测试信号. 函数信号发生器进展到今日, 从产品结构形式来划分 , 主要包含三种：(1) 独立仪器结构形式独立仪器结构形式是把函数信号发生器设计成单台仪器地势式, 其优点是精度高, 可独立工作 .(2) PC 总线式PCPersonal Computer 总线式是将函数信号发生器板卡直接插在PC 机地总线扩展槽或通过外部接口连接到PC 总线上, 利用 PC 机来把握函数信号发生器地工作状态 , 其优点是可以充分利用PC 机地软硬件资源 , 在波形数据处理、波形参数修改方面 , 运算机有明显地优势 .(3) VXI 模块式VXI 模块是一种新型地模块化仪器 , 它必需插在 VXI 总线机箱上才能使用VXI 总线机箱通过 GPIB或者 RS232C等接口与运算机相连 ,VXI 模块仪器对组成自动测试系统特殊有用 , 各个公司地 VXI 卡式仪器模块可以自由组合使用 .（2） 选题在理论争论或实际应用方面地意义和价值；从国内已有地高精度高稳固性信号源产品来看, 无论是从种类、性能仍是生产规模上均与国外同类产品存在较大差距. 因此, 加紧高精度高稳固性信号源相关技术地争论是特殊必要地 , 对进展我国电子行业地进展有着特殊重要地影响, 并且具有宽敞地进展前景 , 如能与国外同类产品保持在性价比上地优势, 将可以打破国外地技术和市场垄断位置 .如何降低高精度高稳固性信号源地成本并提高其性能指标是本课题争论地重 点. 本文结合 DDS技术、 USB2.0总线接口技术 , 并借助微把握器等技术实现一款成本低、便携式、可扩展地高精度高稳固性信号源. 在学习、借鉴国外先进技术地同时, 争论、把握基于DDS技术地任意波形发生器地基本组成和关键技术, 为研制高性能、多通道任意波形发生器打下坚实地基础, 为早日实现国产任意波形发生器达到世界先进水平而努力 .本课题争论地高精度高稳固性信号源地性能指标主要包括：(1) 通道数： 2 个, 一个作为输出通道 , 一个作为外输入调制通道；(2) 输出波形：正弦波、占空比可调方波、三角波、锯齿波等；欢迎下载精品学习资源(3) 调制性能：调幅、调频、幅移键控、频移键控、相移键控；(5) 幅值辨论率： 10bits ；(6) 频率分辩率： O 05Hz；(7) 系统参考时钟频率： 300MH；z(8) 频率范畴：正弦波 ,0 05Hz50MH；z9 负载才能： 50±10；10 幅度范畴： 3V+3V；11 偏置范畴： 14V+1 4V；12 频率精确度：士 O1在功能上 , 该高精度高稳固性信号源、应具有良好地人机界面 , 能便利操作 , 牢靠连接 , 使用便利 , 能够输出正弦波、方波、三角波、锯齿波等常规波形 , 对某些信号地占空比可进行调剂 .二、 自身争论工作主要争论了基于 DDS地高精度高稳固性信号源地设计与实现, 在分析DDS基本原理地基础上 , 对 DDS产生地噪声和杂散进行抑制 , 利用相关地开发工具 , 开发出了高精度高稳固性信号源地硬件平台和软件界面. 本文所述地高精度高稳固性信号源地参考信号源由原子钟供应10MHz标准信号经倍频后送给专用地直接数字频率合成芯片 AD9854.系统把握接受 TI 公司地 MSC121单0 片机作为系统地主控核心 . 显示接受 LCD显示, 可以显示汉字、英文、数字 , 分率高, 便利人机对话 . 输入接受 4× 4矩阵键盘 . 该高精度高稳固性信号源应具有成本低、可扩展、符合人体工程学、人机界面友好等特点 , 又具备传统台式任意波形发生器地优良性能 , 能够产生各种常规波形 , 如正弦波、方波、三角波、锯齿波等 , 也能由用户自定义地任意波形 , 另外它仍可以产生噪声信号和调幅、调频及多种数字调制信号 .三、 课题实现地最终目标和争论成果形式本课题地最终目标是开发设计出一款高精度高稳固性地信号源. 争论成果形式为论文、软件、硬件 .欢迎下载精品学习资源文献综述信号源地进展及现状信号源是电子信息科学领域和试验室地常用设备之一, 为电子测量和计量供应基准信号, 在国防、教案、科研、生产、生物工程、遥控遥测等等众多领域都有着广泛地应用. 自从上世纪 40 岁月惠普为美国海军试验室开发出第一台信号发生器开头, 信号发生器始终随着电子技术、半导体技术和运算机技术地进展而进展.二十岁月 , 当电子设备刚开头显现时, 信号源就显现了 . 随着通信和雷达技术地进展 , 四十岁月显现了主要用于测试各种接收机地标准信号发生器, 使信号发生器从定性分析地测试仪器成为定量分析地测量仪器 . 同时仍显现了可用来测试脉冲电路或用作脉冲调制器 地脉冲信号发生器 . 由于早期地信号发生器机械结构比较复杂, 功率比较大 , 电路比较简洁 与数字仪器、示波器等相比 , 因此进展速度较慢 . 直到 1964 年才显现了第一台全晶体管地信号发生器 . 六十岁月以来 , 信号发生器有了快速地进展 , 显现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类. 从技术上看 , 信号发生器经受了由模拟信号发生器、数字信号发生器到虚拟信号发生器地进展过程. 进展到今日 , 信号发生器地种类已经多种多样 , 包括正弦信号发生器、脉冲发生器、函数发生器、扫描发生器、 任意波形发生器等 . 依据料用范畴又可分为专用信号发生器和通用信号发生器. 早期地信号发生器大都接受谐振法 , 后来显现接受锁相频率合成技术地信号发生器. 但基于模拟技术地传统信号发生器能够产生地信号类型特殊有限, 一般只能生成正弦波、方波、三角波等少数地规章波形 .随着电子技术 , 特殊是军事电子技术革新带来地新体制武器装备地进展与应用, 电子信号频率上限、信号带宽和调制带宽不断拓展, 调制种类不断增加 , 波形任意化程度加剧 , 由于频率源是现代电子系统地重要组成部分, 各类电子系统对频率源地要求越来越高, 对频率辨论率、频谱纯度、体积及功耗等多种指标提出了更高地要求, 传统地频率源已无法中意各类电子系统对频率源地要求 . 以高速数字采样为核心地时域测试正在成为现代电子测试技术地主流方向 .频率合成技术从 20 世纪 30 岁月末开头建立 , 迄今为止 , 已有近 70 年地历史 , 频率合成是时频测控技术中地重要技术之一. 早期地合成器是出一组晶体组成地晶体振荡器, 需要多少个频率 , 就得有多少个晶体 , 晶体由人工来接入和断开 , 它地频率精确度和稳固度由晶体地精确度和稳固度来准备 , 基本与电路无关 .随后显现了直接频率合成 DS-Direct Synthesis地方法, 直接法被称为第一代频率合成技术 . 它利用混频器、倍频器和分频器完成对参考频率地加减乘除, 产生出各种新频率, 再用滤波器和电子开关分别选出所需地频率来, 经过放大器、滤波器后输出 , 其中混频器可视为对频率进行加减 , 倍频器和分频器可视为对频率进行相乘和相除. 这种方法地相位噪声好坏主要准备于晶振地质量 , 杂散准备于滤波器地好坏和电磁兼容性设计地合理程度, 跳频时间主要准备于电子开关地速度. 其结构复杂、难以集成、输出频谱纯度不高、寄生重量多其次代频率合成技术是应用锁相环 PLL PhaLocked Loop 地频率合成方法 .20世纪 50 岁月显现了模拟锁相环技术 , 模拟锁相环可等效为窄带轻基波器 , 所以这种频率合成杂散性能较好 , 由于主要使用正弦鉴相器 , 所以系统相位噪声性能较好 , 但这种方法电路复欢迎下载精品学习资源杂, 体积较大 , 成本较高 . 在 20 世纪 60 岁月又相继显现了全数字锁相环和数模混合地锁相环, 使该技术得到了快速进展 .数字锁相环接受在锁相环内插入数字分频器和数字鉴相器地方法, 分频器常用地有： 程控分频器、吞除脉冲分频器和小数分频器. 数字锁相环除具有数字电路地优点外, 仍解决了如干模拟锁相环遇到地难题 , 如直流零点漂移、部件饱和、必需进行初始校准等, 此外仍具有对离散样值地实时处理才能 . 它具有体积小、成本低、频率步进小、牢靠性高和可实现大规模集成等优点 . 数字锁相频率合成技术结构简洁, 频率也可以做得很高 , 但同时也具有模拟锁相环地缺点 , 频率转换时间长、环路抗干扰才能差等诸多不足.1971 年 3 月,J Tiemey 和 cM.Tader 等人首次提出了以全数字技术、从相位概念动身直接合成所需频率地直接数字频率台成DDS-Direct Digital Synthesis技术, 标志着频率合成技术进入到第三代. 近二十年来 , 随着大规模集成 LSI 电路和超大规模集成VLSI 电路技术地快速进展以及高速数 / 模换器 DAC地显现 , 直接数字式频率合成技术得到了飞速进展 , 它在频率转换时间、相位连续性、正交输出、高辨论率以及集成化等一系列性能指标方面 , 已远远超过了传统频率合成技术所能达到地水平, 具有输出频率转换时间 可达纳秒量级 短、频率辨论率高 可达微赫兹级 、输出相位噪声低、集成度高、功耗低、体积小、实施调制灵敏、性价比高、生产重复性好等优点, 因此它可以中意现代电子系统对频率源各指标要求 .近年来, 随着 VLSI、FPGA、CPLD等技术地显现以及对 DDS理论地进一步探讨 , 使 DDS技术得到飞速进展 , 它将先进地数字处理技术和方法引入信号合成领域, 是近年来随着数字集成电路和运算机地进展而显现地一种新地频率合成技术. 它是从相位地概念动身进行频率合成 , 接受数字取样技术 , 将参考信号地频率、相位、幅度等参数转变为一组取样函数, 然后直接运算出所需要地频率信号 . 与传统地频率合成技术相比 ,DDS 技术具有频率辨论率高、相位变化连续、频率变化快速、对输出信号易实现多种调制等优点. 目前 DDS技术已经成为频率合成技术地首选方案之一. 在通信、电子、雷达、制导、仪器外表等领域应用广泛穷 . 但由于幅度和相位信息用数字量表示 , 就不行防止地存在量化精度问题 , 造成输出信号地幅度失真和相位失真, 最终引起 DDS频率合成地输出信号杂较散大 . 实行有效地措施 , 可以大大降低杂散, 但必定不能完全排除. 另外 DDS地输出频带有限 , 依据Nyquist采样理论 , 输出最高频率不能超过 0.5f cf c 为 DDS地系统频率 实际工作中为了保证输出频率和镜象频率可以有效地分开, 最高频率地取值一般为0.4 fc , 这也是目前限制 DDS进展地主要问题之一 , 不过, 随着超高速 ECL和 GaAs器件地显现 ,DDS地频带限制己经逐步地得到改善 .在 DDS 频 率 合 成 方 面 , 目 前 生 产 DDS 芯 片 地 公 司 主 要 有 美 国 地Qualeomm,AD,Seiteg,Standford,Harris,Synegy 以及法国地 Omerga,Dassault 公司等. 其中 ADS-431地时钟频率为 1.6GHz,辨论率 1Hz,杂散-45dBc, 变频时间 30ns；美国 AD公司也相继推出了 AD985X系列 DDS 芯片, 其中 AD9858 地时钟频率达 1 GHz, 相噪优于 - 147dBc HzlkHz,杂散低于 -84dBc.依据查阅地 100 多篇各种文献资料分析 , 目前基于 DDS 技术地信号源其把握系统多接受单片机、FPGA、ARM、CPLD、 DSP、ASIC技术 . 对杂散及噪声地把握接受ROM压缩算法、 Taylor级数算法、相位截断、相位抖动、内插相位等技术来实现. 滤波器有源和无源都有但是主要接受贝塞尔滤波器（Bessel）、巴特沃斯滤波器（ Batterworth）、 椭圆函数滤波器这几种滤波器. 软件开发方面接受了C/OS 、Sopc.Builder、 Quartus、 visualC+、CCS、 VHDL、 Keill等软件来 开发.PCB制版方面 , 一般接受双层板 , 也有接受多层板地. 技术方案主要有如下几种方案： MCU+DDS、DDS+PLL、DSP+DDS、FPGA+DDS、CPLD+DDS等等方案 .欢迎下载精品学习资源参考文献1 龚航 . 低相位噪声高精度相位可控频率合成技术争论与应用. 长沙: 国防科学技术高校硕士学位论文2 王轶 .基于 DDS+PLL 技术地高性能频率源争论与实现.长沙: 国防科学技术高校工学硕士学位论文3 田书林 . 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