Реферат

Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе изложена на 80 стр., состоит из 6 разделов и включает 31 рисунок, 6 таблиц, 15 ссылок на литературные источники.

Данная работа посвящена разработке управляемого генератора типовых воздействий на основе микросхемы DDS, а также разработке пользовательской программы управления устройством.

Генератор разрабатывался в виде стандартной двухслойной печатной платы, в качестве устройства управления использована микросхема ПЛИС фирмы Intel. Программа управления написана на языке Verilog с использованием структурного подхода.

В результате работы был разработан генератор, работающий от единственного источника питания 5В, способный выдавать стабильный выходной сигнал амплитудой до ±8,5В с дискретностью управления 0,1В и частотой от 10Гц до 100кГц с дискретностью управления 0,02Гц. Разработанный генератор может применяться в электротехнических лабораториях для генерации тестовых последовательностей, а также в учебных целях.

ABSTRACT

The main purpose of final qualifying work “Signal generator” is developing a controlled signal generator and controlling application.

Developed device can generate output signal up to 8.5 V amplitude and 10 Hz – 100 kHz frequency. Device is controlled from PC by USB interface. Developed application lets users accurately and convenient way to control output signal.

The device can be useful for design and test new developing electronic devices.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 12

ВВЕДЕНИЕ 14

1 Генераторы сигналов 17

1.1 Функциональные генераторы 17

1.1.1 Аналоговые функциональные генераторы 18

1.1.2 Цифровые функциональные генераторы 20

1.2 Вывод 23

2 Проектирование управляемого генератора на основе DDS 24

2.1 Структурная схема устройства 24

2.2 Выбор элементной базы 24

2.3 Расчет параметров схемы 26

2.4 Разработка схемы электрической принципиальной 30

2.5 Система команд 31

2.6 Структура блока управления устройством 33

2.7 Разработка программной системы 34

3 Разводка платы генератора сигналов 39

4 Руководство пользователя 43

4.1 Требования для работы с устройством 43

4.2 Пользовательский интерфейс приложения 43

4.3 Запуск приложения и подключение устройства 44

4.4 Начальная настройка 45

4.5 Использование по назначению 47

5 Технические характеристики генератора сигналов 48

6 Безопасность жизнедеятельности 49

6.1 Защита от поражения электрическим током 49

6.2 Защита от проникновения посторонних предметов 51

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 54

ПРИЛОЖЕНИЕ А 56

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 59

ПРИЛОЖЕНИЕ В 62

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 77

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 83

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 85

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 87

Содержание

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 12

ВВЕДЕНИЕ 14

1 Генераторы сигналов 17

1.1 Функциональные генераторы 17

1.1.1 Аналоговые функциональные генераторы 18

1.1.2 Цифровые функциональные генераторы 20

1.2 Вывод 23

2 Проектирование управляемого генератора на основе DDS 24

2.1 Структурная схема устройства 24

2.2 Выбор элементной базы 24

2.3 Расчет параметров схемы 26

2.4 Разработка схемы электрической принципиальной 30

2.5 Система команд 31

2.6 Структура блока управления устройством 33

2.7 Разработка программной системы 34

3 Разводка платы генератора сигналов 39

4 Руководство пользователя 43

4.1 Требования для работы с устройством 43

4.2 Пользовательский интерфейс приложения 43

4.3 Запуск приложения и подключение устройства 44

4.4 Начальная настройка 45

4.5 Использование по назначению 47

5 Технические характеристики генератора сигналов 48

6 Безопасность жизнедеятельности 49

6.1 Защита от поражения электрическим током 49

6.2 Защита от проникновения посторонних предметов 51

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 54

ПРИЛОЖЕНИЕ А 56

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 59

ПРИЛОЖЕНИЕ В 62

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 77

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 83

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 85

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 87

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

BNC – коаксиальный электрический соединитель.

DAC (Digital to Analog Converter) – устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд).

DDS (Direct Digital Synthesis) – прямой цифровой синтез.

FIFO (First In, First Out) – способ организации и манипулирования данными относительно времени и приоритетов. Это выражение описывает принцип технической обработки очереди или обслуживания конфликтных требований путём упорядочения процесса по принципу: «первым пришёл — первым обслужен».

FLASH – разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти.

FPGA (Field-Programmable Gate Array) – программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), конфигурация которой может быть загружена после включения питания.

FSM (Finite-state machine) – абстрактный автомат, число возможных внутренних состояний которого конечно.

JTAG (Joint Test Action Group) – интерфейс, предназначенный для подключения сложных цифровых микросхем или устройств уровня печатной платы к стандартной аппаратуре тестирования и отладки.

PCB (Printed Circuit Board) – печатная плата.

PLL (Phase Locked Loop) – система автоматического регулирования, подстраивающая фазу управляемого генератора так, чтобы она была равна фазе опорного сигнала, либо отличалась на известную функцию от времени.

QT – кроссплатформенный фреймворк для разработки программного обеспечения на языке программирования C++.

SPI (Serial Peripheral Interface) – последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии.

USB (Universal Serial Bus) – последовательный интерфейс для подключения периферийных устройств к вычислительной технике.

АЧХ – амплитудно-частотная характеристика.

ВЧ – высокие частоты.

НЧ – низкие частоты.

ООС – отрицательная обратная связь.

ОС – операционная система.

ПК – персональный компьютер.

САПР – система автоматизированного проектирования.

СВЧ – сверхвысокие частоты.

ФВЧ – фильтр верхних частот.

ФЧХ – фазочастотная характеристика.