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1 绪 论
1.1 引言
信号发生器作为科学实验必不可少的装置,被广泛地应用到教学、科研等各个领
域。高等学校特别是理工科的教学、科研需要大量的仪器设备,例如信号源、示波器
等,常用仪器都必须配置多套,但是有些仪器设备价格昂贵,如果按照传统模式新建
或者改造实验室投资巨大,造成许多学校仪器设备缺乏或过时陈旧,严重影响教学科
研。如果运用虚拟仪器技术构建系统,代替常规仪器、仪表,不但可以满足实验教学
的需要、节约大量的经费、降低实验室建设的成本,而且能够提高教学科研的质量与
效率
[1]
。
1.1.1 信号发生器的发展
信号发生器是一种悠久的测量仪器,早在 20 年代电子设备刚出现时它就产生了。
随着通信和雷达技术的发展,40 年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发
生器,使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现
了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器
机械结构比较复杂,功率比较大,电路比较简单,因此发展速度比较慢。直到 1964
年才出现第一台全晶体管的信号发生器。
自 60 年代以来信号发生器有了迅速的发展,出现了函数发生器,这个时期的信
号发生器多采用模拟电子技术,由分立元件或模拟集成电路构成,其电路结构复杂,
且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形,由于模拟电路的漂移较
大,使其输出的波形的幅度稳定性差,而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格
贵、功耗大等缺点,并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从 70
年代微处理器出现以后,利用微处理器、模数转换器和数模转换器,硬件和软件使信
号发生器的功能扩大,产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主,实
质是采用微处理器对 DAC 的程序控制,就可以得到各种简单的波形。软件控制波形
的一个最大缺点就是输出波形的频率低,这主要是由 CPU 的工作速度决定的,如果
想提高频率可以改进软件程序减少其执行周期时间或提高 CPU 的时钟周期,但这些
办法是有限度的,根本的办法还是要改进硬件电路。
随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大促进了数字化技术在电子
测量仪器中的应用,使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替,从而扩充了
仪器信号的处理能力,提高了信号测量的准确度、精度和变换速度,克服了模拟信号
处理的诸多缺点,数字信号发生器随之发展起来。其基本原理如图 1.1 所示。