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课题来源于国家自然科学基金资助项目:超声水处理反应器参数优化及机理研究(项目批准号:10574038)。水处理基础研究要求超声信号源波形可任意产生,频率、功率方便可调。通常的信号发生器难以满足要求,市场上出售的进口任意信号发生器(AWG)价格昂贵。结合实际需要,本文把嵌入式技术、直接数字频率合成(DDS)技术、复杂可编程逻辑器件(CPLD)应用到任意波形发生器的设计中,解决了任意波形发生器价格昂贵,可扩展性难的问题。本设计可以作为声化学反应器的小信号部分,并且由于任意波形发生器产生的波形形状、频率可以任意调整,所以对于声化学反应器的参数调整极其方便。
论文首先介绍了任意波形发生器的研究现状,指出了其中存在的问题,接着介绍了DDS技术的原理,分析了DDS技术的特点,结合CPLD和嵌入式技术,设计了基于嵌入式和CPLD技术的任意波形发生器。论文阐述了系统的总体设计,硬件部分、软件部分等,硬件部分介绍了波形生成部分和控制部分器件选择的原因和硬件电路的设计,着重介绍了新一代CPLD——MAX Ⅱ和嵌入式微处理器LPC2131,软件部分介绍了嵌入式系统μC/OS-Ⅱ的移植和多任务的划分和通信,并说明了主要几个任务的程序流程。
系统具有手写输入、上位机输入、键盘输入、模拟信号采集四种输入方式,可以存储8种任意波形,信号频率范围为1-100kHz,系统具有良好的操作界面,并且具有掉电保护功能,又由于使用了嵌入式操作系统,便于系统的扩展。