一種可編輯碼元的方波發(fā)生裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及波形發(fā)生相關(guān)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可編輯碼元的方波發(fā)生裝置及方法，其發(fā)生裝置能夠設(shè)定碼元以及碼速，能夠調(diào)節(jié)波形峰峰值和直流偏置。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來說，將能夠產(chǎn)生測試信號的儀器統(tǒng)稱為信號源，也稱為信號發(fā)生器。根據(jù)輸出波形的不同，信號發(fā)生器又可以大致分為正弦波信號發(fā)生器、矩形脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)信號發(fā)生器和隨機信號發(fā)生器等四大類。信號波形發(fā)生器在國防、工業(yè)、教學(xué)等方面都有廣泛的應(yīng)用。在市場上波形發(fā)生器種類繁多，其中國內(nèi)的信號發(fā)生器成本低但性能不佳；國外設(shè)備性能較好，但價格十分昂貴。
[0003]目前市場中存在的方波信號發(fā)生器主要采用數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)，頻率精度高，價格較高，能夠調(diào)節(jié)波形占空比，但在數(shù)字通信運用中有時需要輸出不同碼元的方波作為測試信號，此時市場上的方波信號發(fā)生器很難滿足用戶需求。同時，市場上的方波信號發(fā)生器一般擁有輸出通道數(shù)不多，通道間相互獨立，缺乏通道間協(xié)同輸出功能，當(dāng)用戶需要較多通道實現(xiàn)相位協(xié)同輸出時，市場上的發(fā)生器就很不方便了。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服市場上現(xiàn)有方波發(fā)生器無法設(shè)定任意碼元、用戶使用通道少、操作不便等不足而開發(fā)的一種體積小、價格低廉、使用方便的可編輯碼元的方波發(fā)生器。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案如下:
一種可編輯碼元的方波發(fā)生裝置，該發(fā)生裝置包括PC機及發(fā)生器，PC機與發(fā)生器連接，所述發(fā)生器包括保護外殼及設(shè)于保護外殼內(nèi)的供電電源模塊、微處理器、波形發(fā)生模塊、波形調(diào)節(jié)模塊及波形輸出模塊，所述保護外殼上設(shè)有旋鈕、USB接口、電源供電接口和四路BNC接口，旋鈕與波形調(diào)節(jié)模塊相連，電源供電接口與供電電源模塊相連，USB接口與微處理器相連，波形輸出模塊與四路BNC接口連接；其中:
供電電源模塊分別與微處理器、波形發(fā)生模塊、波形調(diào)節(jié)模塊及波形輸出模塊連接，微處理器與波形發(fā)生模塊連接，波形發(fā)生模塊與波形調(diào)節(jié)模塊連接，波形調(diào)節(jié)模塊連接波形輸出模塊；所述PC機內(nèi)設(shè)有碼元編輯模塊，實現(xiàn)碼元的編輯，并將所編輯的數(shù)據(jù)通過USB接口傳送給發(fā)生器。
[0006]所述碼元的編輯包括編輯碼元數(shù)據(jù)以及編輯碼速，具體步驟如下:
1、編輯碼元數(shù)據(jù)
設(shè)置32個碼元變量，變量依次擁有對應(yīng)的編號，每個變量設(shè)定為0或者1，其中1對應(yīng)方波的高電平，0對應(yīng)方波的低電平；按照輸出波形的輸出形式，設(shè)定對應(yīng)的碼元變量的值，并將結(jié)束數(shù)值指示最后一位碼元的編號；設(shè)置好后，將32個碼元變量和結(jié)束數(shù)值一并儲存； i1、編輯碼元速率
碼元速率值指的是方波每秒發(fā)送的碼元個數(shù)，數(shù)值設(shè)定范圍在0到108，將碼元速率的數(shù)值轉(zhuǎn)換為整數(shù)，存儲到碼元速率變量中。
[0007]所述微處理器采用ARM處理器，波形發(fā)生模塊采用FPGA可編程芯片，微處理器與波形發(fā)生模塊之間采用lie接口進行連接；FPGA輸出采用LVDS差分信號輸出。
[0008]本發(fā)明旋鈕采用中間按鈕、外圍旋鈕形式設(shè)計，當(dāng)按鈕按下后，旋鈕調(diào)節(jié)輸出波形峰峰值；當(dāng)按鈕彈起時，旋鈕調(diào)節(jié)輸出波形的直流偏置。
[0009]一種可編輯碼元的方波發(fā)生方法，該方法包括以下步驟:
a)PC機的碼元編輯模塊編輯碼元數(shù)據(jù)和碼元速率并發(fā)送；
b)ARM接收到USB數(shù)據(jù)幀后，提取出數(shù)據(jù)中的碼元數(shù)據(jù)、頻率數(shù)據(jù)和通道數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)索引出存儲在ARM內(nèi)部存儲器中的控制信號，并將控制信號通過IIC接口傳送給FPGA ；
c)FPGA內(nèi)部存儲有數(shù)據(jù)表和時鐘表，當(dāng)FPGA接收到控制信號后，根據(jù)控制信號在數(shù)據(jù)表中索引出碼元數(shù)據(jù)、頻率值和通道號，然后根據(jù)頻率值在時鐘表中索引，得到的索引值作為分頻時鐘源；
d)設(shè)定分頻時鐘源的值為M，頻率值為N，分頻比為P，其中P=M/N;得到分頻時鐘源后，先計算出P ;若P為整數(shù)，則采取整數(shù)分頻法；若P為小數(shù)，則采用小數(shù)分頻法；通過分頻法得到頻率值為N的時鐘，最后結(jié)合通道號，在時鐘N的每個周期里，在對應(yīng)FPGA管腳上以LVDS格式輸出一位碼元，從第一位碼元開始依次輸出到最后一位碼元，以此循環(huán)；至此FPGA上產(chǎn)生了方波；
e)FPGA產(chǎn)生的方波是差分方波，需要轉(zhuǎn)化為單端方波，并且實現(xiàn)波形的峰峰值與直流偏置可調(diào)節(jié)功能，這部分通過波形調(diào)節(jié)模塊實現(xiàn)，此模塊采用高速模擬電路設(shè)計。首先波形通過LVDS轉(zhuǎn)換電路，將差分方波轉(zhuǎn)換為單端TTL電平方波，實現(xiàn)單端方波；然后通過放大電路、濾波與分壓電路，分壓電路分壓比通過外部旋鈕可以調(diào)節(jié)，實現(xiàn)方波的峰峰值可調(diào)節(jié)；其次通過加法電路，將直流電壓耦合到方波上，耦合的直流偏置大小也可以通過外部旋鈕調(diào)節(jié)，實現(xiàn)方波的直流偏置可調(diào)；最后再通過輸出電阻網(wǎng)絡(luò)進行阻抗匹配后，將最終的方波輸出。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
⑴、本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
[0011 ] ⑵、可以作為普通的方波發(fā)生器使用，也可以作為矩形脈沖信號發(fā)生器使用，而且可以獨立調(diào)節(jié)每路輸出波形的峰峰值和直流偏置。
[0012]⑶、操作方便，輸出波形的碼元和碼速通過碼元編輯模塊配置，可以實現(xiàn)四路獨立波形輸出，也可以配置成為四路波形協(xié)同同步輸出。操作簡單，并且隨著模塊更新，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作以及多用戶共享等功能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明裝置發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；
圖3為本發(fā)明裝置工作流程圖。
【具體實施方式】
[0014]參閱圖1-2，本發(fā)明裝置包括PC機11及發(fā)生器，PC機11與發(fā)生器連接，所述發(fā)生器包括保護外殼6及設(shè)于保護外殼6內(nèi)的供電電源模塊3、微處理器4、波形發(fā)生模塊5、波形調(diào)節(jié)模塊7及波形輸出模塊10，所述保護外殼6上設(shè)有旋鈕8、USB接口 2、電源供電接口1和四路BNC接口 9，旋鈕8與波形調(diào)節(jié)模塊7相連，電源供電接口 1與供電電源模塊3相連，USB接口 2與微處理器4相連，波形輸出模塊10與四路BNC接口 9連接；其中:
供電電源模塊3分別與微處理器4、波形發(fā)生模塊5、波形調(diào)節(jié)模塊7及波形輸出模塊10連接，微處理器4與波形發(fā)生模塊5連接，波形發(fā)生模塊5與波形調(diào)節(jié)模塊7連接，波形調(diào)節(jié)模塊7連接波形輸出模塊10 ;所述PC機內(nèi)設(shè)有碼元編輯模塊，實現(xiàn)碼元的編輯，并將所編輯的數(shù)據(jù)通過USB接口 2傳送給發(fā)生器。
[0015]本發(fā)明所述微處理器4采用ARM處理器，波形發(fā)生模塊5采用FPGA可編程芯片，微處理器4與波形發(fā)生模塊5之間采用IIC接口進行連接；FPGA輸出采用LVDS差分信號輸出。
[0016]本發(fā)明旋鈕8采用中間按鈕、外圍旋鈕形式設(shè)計，當(dāng)按鈕按下后，旋鈕調(diào)節(jié)輸出波形峰峰值；當(dāng)按鈕彈起時，旋鈕調(diào)節(jié)輸出波形的直流偏置。
[0017]參閱圖3，本發(fā)明裝置是這樣工作的:
將PC機與發(fā)生器用USB連接，等待USB正常被識別，識別成功后，碼元編輯模塊通過USB發(fā)送握手信號，微處理器4接收到握手信號后，微處理器4發(fā)出連接請求，碼元編輯模塊收到連接請求后，倉ll建連接，發(fā)生器上的指示燈常亮，表明USB連接成功；如果未能連接，碼元編輯模塊重新發(fā)送握手信號。
[0018]在碼元編輯模塊中，編輯碼元和碼元速率的具體步驟如下:
i)編輯碼元數(shù)據(jù)
設(shè)置32個碼元變量，變量依次擁有對應(yīng)的編號，每個變量設(shè)定為0或者1，其中1對應(yīng)方波的