3V直流电压信号，此直流电压信号在直流信号滤波及放大电路作用下可 将直流电压幅值从0V到16V进行连续调节并有效滤除外部噪声干扰；脉冲信号产生模块6 所属的分频电路14将来自PLL倍频电路3的200MHz倍频时钟信号进行频率分割得到脉冲 宽度及重复频率均可调节的单脉冲信号和双脉冲信号，单脉冲信号和双脉冲信号的切换则 由脉冲类型选择电路15来实现，脉冲信号的脉冲宽度和重复频率的改变则由脉宽及重复 频率调节电路16来实现，脉冲信号产生模块6输出的脉冲信号经过脉冲信号滤波及放大电 路10做滤波和峰值电压放大处理后输出优质的脉冲信号；DDS信号发生模块7在来自PLL 倍频电路3的200MHz倍频时钟信号作用下输出DDS信号，DDS信号经过14位的D/A转换 器8进行数模转换后输出阶梯波形，再通过DDS信号滤波及放大电路11对其做平滑滤波和 波形幅值调节后输出期望的模拟波形；对直流信号的通断控制、脉冲信号类型的切换控制 和脉冲信号脉宽及重复频率参数的调节控制、以及DDS信号波形的切换控制及其信号波形 的输出频率、相位和幅值参数的调节控制均由LabVIEW可视化控制界面上位机13通过USB 通信模块4向FPGA2传送控制指令来控制各信号产生模块电路实现，LabVIEW可视化控制 界面上位机13和USB通信模块4之间通过USB双向通信线12相连接从而实现LabVIEW可 视化控制界面上位机13和FPGA2之间的双向通信。
[0017] 如图2所示，分频电路14、脉冲类型选择电路15和脉宽及重复频率调节电路16共 同组成了脉冲信号产生模块6,脉冲类型选择电路15和脉宽及重复频率调节电路16同时接 收USB通信模块传来的LabVIEW可视化控制界面上位机控制指令C1和C2,并在控制指令 C1和C2的控制下实现脉冲信号类型的切换和脉冲信号脉宽及重复频率的调节控制功能。
[0018] 脉冲信号产生模块6所产生的单脉冲信号的最小脉冲宽度和双脉冲信号的两个 单脉冲的最小脉冲宽度均可达到5ns，且它们都能以5ns的整数倍进行脉宽调节，双脉冲信 号的两个单脉冲之间的时间间距也能以5ns的整数倍进行脉冲间距调节。单脉冲信号的脉 冲宽度和双脉冲信号的单脉冲宽度均可通过下述公式确定：
[0019]
[0020] 公式（1)中，为脉冲宽度且其单位为纳秒（ns)，为晶振电路输出的时钟信号 频率且取50MHz，遲为倍频系数且取况η〗，_为脉冲宽度调节参数，且篇为自然数。
[0021 ] 单脉冲信号的重复频率和双脉冲信号的两个远邻单脉冲之间的的重复频率均可 通过下述公式确定：
[0022]
[0023] 公式（2)中，脉冲信号的重复频率/的单位为和Μ同公式（1)，還为脉 冲信号的重复频率参数映射到脉冲信号产生模块的分频电路中所属计数器的计数值，且有 !之1。
[0024] 双脉冲信号的两个近邻单脉冲之间的时间间距可通过下述公式确定：
[0025]
[0026] 公式（3)中，f为双脉冲信号的两个近邻单脉冲之间的时间间隔，其单位为ns， #^和§?同公式（1)，β为双脉冲信号的两个近邻单脉冲之间的时间间隔调节参数且議为 自然数。
[0027] 如图3所示，在PLL倍频电路输出的200MHz倍频时钟信号作用下，DDS信号发生 模块7所属的32位相位累加器前端的加法器18同时接收频率控制字Μ和32位寄存器19 的输出数据反馈值并对二者进行循环累加运算，同时将相位累加器17输出的运算结果的 高16位输入到相位调整器20中和相位调整字Ρ做加法运算，再将此运算结果作为ROM波 形存储表的取样基地址，通过输入DDS信号波形选择器21的波形选择控制字W作为偏移地 址来和取样基地址共同确定输出何种DDS波形，DDS信号波形幅值的改变则通过改变输入 DDS信号波形幅度控制器23的幅度控制字A来实现。
[0028] DDS信号波形的幅度由DDS信号滤波及放大电路11和DDS信号波形幅度控制器 23共同调节，DDS信号波形幅度控制器23实现DDS信号波形幅度的档位调节，DDS信号滤 波及放大电路11则在对DDS信号波形滤波的同时实现了DDS信号波形幅度的分段连续调 节；DDS信号波形相位的改变则通过改变输入相位调整器20的相位调整字来实现。
[0029] DDS信号的输出频率通过下述公式来确定：
[0030]
[0031] 公式（4)中，为DDS信号的输出频率，II为输入相位累加器的频率控制字， 为晶振电路输出的50MHz基准时钟信号频率，?为倍频系数且# 为相位累加器 的字长，在本实用新型中薄值取32。
【主权项】
1. 一种基于FPGA和LabVIEW的信号发射与控制系统，其特征在于：它包括晶振电路、 PLL倍频电路、直流信号产生电路、脉冲信号产生模块、DDS信号发生模块、D/A转换器、信号 滤波及放大电路、USB双向通信线、USB通信模块和LabVIEW可视化控制界面上位机，晶振电 路输出的50MHz基准时钟信号经过PLL倍频电路做四倍频后输出200MHz的倍频信号，并将 此倍频信号同时作为USB通信模块、直流信号产生电路、脉冲信号产生模块、DDS信号发生 模块和D/A转换器的参考输入时钟，PLL倍频电路、USB通信模块、直流信号产生电路、脉冲 信号产生模块和DDS信号发生模块是基于FPGA设计的，直流信号产生电路、脉冲信号产生 模块和DDS信号发生模块三者之间相互独立，DDS信号发生模块与D/A转换器相连接，直流 信号产生电路、脉冲信号产生模块和D/A转换器后面各连接一个信号滤波及放大电路； 所述的FPGA包括PLL倍频电路、直流信号产生电路、脉冲信号产生模块、DDS信号发生 模块和USB通信模块，所述的USB通信模块通过USB双向通信线将FPGA和上位机相连接并 实现FPGA与上位机之间的双向通信。2. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA和LabVIEW的信号发射与控制系统，其特征 在于：所述的上位机由LabVIEW环境下设计的可视化控制界面通过USB通信模块向FPGA发 出信号波形选择指令和波形参数调节指令使FPGA控制各信号产生模块输出期望的信号波 形。3. 根据权利要求2所述的一种基于FPGA和LabVIEW的信号发射与控制系统，其特征在 于：所述的上位机可发出控制指令来控制FPGA所属的直流信号产生电路输出或停止输出 直流电压信号，同时还可通过可视化控制界面的信号参数输入窗口来输入波形参数从而选 择输出单脉冲信号或者双脉冲信号，并可调节当前输出脉冲信号的脉冲宽度及重复频率， 同时也能选择DDS信号的输出波形并能调节当前输出的DDS信号的频率、相位和幅值。4. 根据权利要求1或权利要求3所述的一种基于FPGA和LabVIEW的信号发射与控制 系统，其特征在于：所述的FPGA可同时输出一种脉冲信号、一种DDS信号及直流信号，所述 的LabVIEW可视化控制界面上位机中含有三栏波形显示窗且均可实时显示当前输出信号 的示意波形，上方栏波形显示窗实时显示直流信号波形，中间栏波形显示窗实时显示脉冲 信号示意波形，下方栏波形显示窗实时显示DDS信号示意波形。5. 根据权利要求1所述的一种基于FPGA和LabVIEW的信号发射与控制系统，其特征在 于：所述的直流信号产生电路输出端所连接的信号滤波及放大电路可将直流信号产生电路 输出的直流信号的电压幅值从0V到16V进行连续调节。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于FPGA和LabVIEW的信号发射与控制系统，其结构特点是：晶振电路输出的50MHz基准时钟经过PLL倍频电路做四倍频输出200MHz的倍频信号，将此倍频信号同时作为USB通信模块、直流信号产生电路、脉冲信号产生模块、DDS信号发生模块和D/A转换器的参考输入时钟，PLL倍频电路、USB通信模块、直流信号产生电路、脉冲信号产生模块和DDS信号发生模块基于FPGA设计，并通过USB通信模块实现FPGA与上位机的双向通信，DDS信号发生模块与D/A转换器连接，直流信号产生电路、脉冲信号产生模块和D/A转换器后面各连接一个信号滤波及放大电路。本实用新型具有可产生任意中低频信号及直流信号且可通过LabVIEW可视化控制界面上位机控制各信号的输出及参数调节的功能及优点。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN205068049
【申请号】CN201520735720
【发明人】黎燕兵, 万生鹏
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年9月22日