一種可編輯碼元的方波發生裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及波形發生相關設備技術領域，具體涉及一種可編輯碼元的方波發生裝置及方法，其發生裝置能夠設定碼元以及碼速，能夠調節波形峰峰值和直流偏置。
【背景技術】
[0002]一般來說，將能夠產生測試信號的儀器統稱為信號源，也稱為信號發生器。根據輸出波形的不同，信號發生器又可以大致分為正弦波信號發生器、矩形脈沖信號發生器、函數信號發生器和隨機信號發生器等四大類。信號波形發生器在國防、工業、教學等方面都有廣泛的應用。在市場上波形發生器種類繁多，其中國內的信號發生器成本低但性能不佳；國外設備性能較好，但價格十分昂貴。
[0003]目前市場中存在的方波信號發生器主要采用數字頻率合成(DDS)技術，頻率精度高，價格較高，能夠調節波形占空比，但在數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生器很難滿足用戶需求。同時，市場上的方波信號發生器一般擁有輸出通道數不多，通道間相互獨立，缺乏通道間協同輸出功能，當用戶需要較多通道實現相位協同輸出時，市場上的發生器就很不方便了。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為了克服市場上現有方波發生器無法設定任意碼元、用戶使用通道少、操作不便等不足而開發的一種體積小、價格低廉、使用方便的可編輯碼元的方波發生器。
[0005]實現本發明目的的具體技術方案如下:
一種可編輯碼元的方波發生裝置，該發生裝置包括PC機及發生器，PC機與發生器連接，所述發生器包括保護外殼及設于保護外殼內的供電電源模塊、微處理器、波形發生模塊、波形調節模塊及波形輸出模塊，所述保護外殼上設有旋鈕、USB接口、電源供電接口和四路BNC接口，旋鈕與波形調節模塊相連，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、波形發生模塊、波形調節模塊及波形輸出模塊連接，微處理器與波形發生模塊連接，波形發生模塊與波形調節模塊連接，波形調節模塊連接波形輸出模塊；所述PC機內設有碼元編輯模塊，實現碼元的編輯，并將所編輯的數據通過USB接口傳送給發生器。
[0006]所述碼元的編輯包括編輯碼元數據以及編輯碼速，具體步驟如下:
1、編輯碼元數據
設置32個碼元變量，變量依次擁有對應的編號，每個變量設定為0或者1，其中1對應方波的高電平，0對應方波的低電平；按照輸出波形的輸出形式，設定對應的碼元變量的值，并將結束數值指示最后一位碼元的編號；設置好后，將32個碼元變量和結束數值一并儲存； i1、編輯碼元速率
碼元速率值指的是方波每秒發送的碼元個數，數值設定范圍在0到108，將碼元速率的數值轉換為整數，存儲到碼元速率變量中。
[0007]所述微處理器采用ARM處理器，波形發生模塊采用FPGA可編程芯片，微處理器與波形發生模塊之間采用lie接口進行連接；FPGA輸出采用LVDS差分信號輸出。
[0008]本發明旋鈕采用中間按鈕、外圍旋鈕形式設計，當按鈕按下后，旋鈕調節輸出波形峰峰值；當按鈕彈起時，旋鈕調節輸出波形的直流偏置。
[0009]一種可編輯碼元的方波發生方法，該方法包括以下步驟:
a)PC機的碼元編輯模塊編輯碼元數據和碼元速率并發送；
b)ARM接收到USB數據幀后，提取出數據中的碼元數據、頻率數據和通道數據，根據這些數據索引出存儲在ARM內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內部存儲有數據表和時鐘表，當FPGA接收到控制信號后，根據控制信號在數據表中索引出碼元數據、頻率值和通道號，然后根據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，則采取整數分頻法；若P為小數，則采用小數分頻法；通過分頻法得到頻率值為N的時鐘，最后結合通道號，在時鐘N的每個周期里，在對應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；至此FPGA上產生了方波；
e)FPGA產生的方波是差分方波，需要轉化為單端方波，并且實現波形的峰峰值與直流偏置可調節功能，這部分通過波形調節模塊實現，此模塊采用高速模擬電路設計。首先波形通過LVDS轉換電路，將差分方波轉換為單端TTL電平方波，實現單端方波；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節，實現方波的峰峰值可調節；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節，實現方波的直流偏置可調；最后再通過輸出電阻網絡進行阻抗匹配后，將最終的方波輸出。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
⑴、本發明的裝置結構簡單，成本低廉。
[0011 ] ⑵、可以作為普通的方波發生器使用，也可以作為矩形脈沖信號發生器使用，而且可以獨立調節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，可以實現四路獨立波形輸出，也可以配置成為四路波形協同同步輸出。操作簡單，并且隨著模塊更新，可以實現遠程操作以及多用戶共享等功能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明裝置結構示意圖；
圖2為本發明裝置發生器內部結構框圖；
圖3為本發明裝置工作流程圖。
【具體實施方式】
[0014]參閱圖1-2，本發明裝置包括PC機11及發生器，PC機11與發生器連接，所述發生器包括保護外殼6及設于保護外殼6內的供電電源模塊3、微處理器4、波形發生模塊5、波形調節模塊7及波形輸出模塊10，所述保護外殼6上設有旋鈕8、USB接口 2、電源供電接口1和四路BNC接口 9，旋鈕8與波形調節模塊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、波形發生模塊5、波形調節模塊7及波形輸出模塊10連接，微處理器4與波形發生模塊5連接，波形發生模塊5與波形調節模塊7連接，波形調節模塊7連接波形輸出模塊10 ;所述PC機內設有碼元編輯模塊，實現碼元的編輯，并將所編輯的數據通過USB接口 2傳送給發生器。
[0015]本發明所述微處理器4采用ARM處理器，波形發生模塊5采用FPGA可編程芯片，微處理器4與波形發生模塊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]本發明旋鈕8采用中間按鈕、外圍旋鈕形式設計，當按鈕按下后，旋鈕調節輸出波形峰峰值；當按鈕彈起時，旋鈕調節輸出波形的直流偏置。
[0017]參閱圖3，本發明裝置是這樣工作的:
將PC機與發生器用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發送握手信號，微處理器4接收到握手信號后，微處理器4發出連接請求，碼元編輯模塊收到連接請求后，倉ll建連接，發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)編輯碼元數據
設置32個碼元變量，變量依次擁有對應的編號，每個變量設定為0或者1，其中1對應方波的