可穿戴任意波形发生器模块设计

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随着不断进步的微电子技术和数字集成电路在测量仪器中的应用,发展起来了一类新的信号源——任意波形发生器,它输出的波形信号频率具有分辨率高、稳定度高、切换速度快等优点,并且输出波形相位连续。任意波形发生器不仅可以产生正弦波、方波等标准波形,还可以产生多种调制波形和用户自定义的任意波形,被广泛应用于测试系统中。可穿戴计算设备的出现让科技更加密切地服务于人们的日常生活和工作,实现智能化的人机交互。本文研究可穿戴任意波形发生器模块,具有体积小、功耗低、不用外接电源的特点,用户可以随身携带,只要有上位机就可以随时使用。论文主要内容如下:1、模块低功耗、小型化设计。针对模块可穿戴性的需要,硬件平台应具有低功耗、小型化的特点,因此采用了USB总线供电的方式,对电源模块进行了分析和设计,另外硬件电路考虑选取小封装、低功耗的元器件,保证仪器能够正常工作并满足尺寸要求。2、功能电路设计。根据指标要求,确定了模块的硬件总体方案。以Cypress公司的CY7C68013A芯片为核心,设计了USB接口电路,完成仪器数据信息、控制命令的传输。以DDS原理为基础,采用“FPGA+SRAM+DAC”的架构,设计了波形合成电路,在FPGA内部设计了地址译码、数字调制、存储器控制接口等逻辑电路,实现了产生各种标准波形、数字调制波形和任意波形的功能。模拟通道完成了初始波形的滤波和幅度控制等,保证最终输出的波形信号满足指标要求。3、应用程序设计。利用Visual C++6.0设计平台,设计了仪器的应用程序,其界面简便易用,用户可以在操作面板上选择要输出的波形种类,可以设置频率、幅度、相位、占空比等各种参数,实现了人机交互及系统硬件电路和上位机之间的通信。经过测试与验证,表明可穿戴任意波形发生器模块各种输出波形信号效果良好,采样率达到40MSPS,具有16位垂直分辨率和64k点存储深度,正弦波最高输出频率15MHz,最大功耗不超过2W,满足了设计要求,证明了设计的可行性。
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