随着时代的不断发展,任意波形信号发生器在电子测量、通信、工业、农业、生物医学等领域中的运用越来越广泛,而伴随着大规模虚拟仪器技术的不断推广,任意波形发生器正朝着虚拟化、小型化、智能化、测试功能完整化的方向发展。本文在FPGA中采用PCI-e总线技术、直接频率合成技术(DDS)设计实现了基于FPGA的任意波信号发生系统。该系统基于PCI-e总线实现仪器的虚拟化,使用DDS技术实现任意波形的产生,在传统任意波形发生器的基础上提出了新的幅度偏置调节的方法并对波形输出的杂散进行了分析,并且提出使用相同大小的波形存储空间实现不同的波形存储的方法,提高了正弦波输出的杂散性能。整个系统实现了7种非调制波形(包括任意波形)和5种调制波形的输出,系统具有虚拟化、小型化、智能化、测试功能完整化的特点。主要的研究内容如下:首先对任意波形信号发生系统常用的关键技术进行分析和选择,确定使用DDS技术实现波形发生,使用PCI-e总线技术实现上下位机通信从而实现系统的仪器虚拟化。然后进一步分析了DDS技术的优缺点。根据系统功能要求确定本系统的总体方案设计,包括采用哪种方案实现PCI-e总线的通信和DDS技术。接着对系统所设计的波形发生逻辑进行了详细描述,包括各种波形的实现原理和结构设计。阐明如何实现波形频率、相位、幅度、偏置的控制,对调制波AM如何实现调幅指数的控制,对FM如何实现最大频偏的设置,对2FSK/2PSK如何实现调制波和载波的控制,对SWEEP如何实现扫描时间的控制等。在幅度控制中提出了新的幅度调节方法,在波形存储中提出了针对相同大小的波形存储空间实现不同的波形存储方法。然后对DDS所固有的杂散进行了分析,确定DDS杂散来源并对杂散进行了MATLAB仿真,从仿真结果得出一般的消除杂散的方法,并提出本系统所采用的消除杂散的方法。最后对波形发生逻辑部分出现的波形毛刺现象进行了原因分析并提出了解决方法。然后对本系统所设计的PCI-e通信接口逻辑进行了详细的描述,包括本系统所使用的PCI-e专用核的定制和用户逻辑的设计。详细描述了用户逻辑中发送引擎、接收引擎、DMA控制器、读请求单元和数据缓存五个单元的设计结构和主要功能。接着对本系统所设计的PCI-e通信接口逻辑进行了测试,确定了数据传输的正确性和该系统所达到的PCI-e数据传输速率。最后对PCI-e事务层TLP包传输中常遇到的TLP序进行了分析并提出解决方案。最后针对整个系统搭建系统测试平台,对系统输出的波形种类、波形幅度、频率、调制波以及系统的稳定性进行了测试。经过测试表明整个系统工作稳定,具有工程实用价值。