一种可编辑码元的方波发生装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及波形发生相关设备技术领域，具体涉及一种可编辑码元的方波发生装置及方法，其发生装置能够设定码元以及码速，能够调节波形峰峰值和直流偏置。
【背景技术】
[0002]一般来说，将能够产生测试信号的仪器统称为信号源，也称为信号发生器。根据输出波形的不同，信号发生器又可以大致分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。信号波形发生器在国防、工业、教学等方面都有广泛的应用。在市场上波形发生器种类繁多，其中国内的信号发生器成本低但性能不佳；国外设备性能较好，但价格十分昂贵。
[0003]目前市场中存在的方波信号发生器主要采用数字频率合成(DDS)技术，频率精度高，价格较高，能够调节波形占空比，但在数字通信运用中有时需要输出不同码元的方波作为测试信号，此时市场上的方波信号发生器很难满足用户需求。同时，市场上的方波信号发生器一般拥有输出通道数不多，通道间相互独立，缺乏通道间协同输出功能，当用户需要较多通道实现相位协同输出时，市场上的发生器就很不方便了。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了克服市场上现有方波发生器无法设定任意码元、用户使用通道少、操作不便等不足而开发的一种体积小、价格低廉、使用方便的可编辑码元的方波发生器。
[0005]实现本发明目的的具体技术方案如下:
一种可编辑码元的方波发生装置，该发生装置包括PC机及发生器，PC机与发生器连接，所述发生器包括保护外壳及设于保护外壳内的供电电源模块、微处理器、波形发生模块、波形调节模块及波形输出模块，所述保护外壳上设有旋钮、USB接口、电源供电接口和四路BNC接口，旋钮与波形调节模块相连，电源供电接口与供电电源模块相连，USB接口与微处理器相连，波形输出模块与四路BNC接口连接；其中:
供电电源模块分别与微处理器、波形发生模块、波形调节模块及波形输出模块连接，微处理器与波形发生模块连接，波形发生模块与波形调节模块连接，波形调节模块连接波形输出模块；所述PC机内设有码元编辑模块，实现码元的编辑，并将所编辑的数据通过USB接口传送给发生器。
[0006]所述码元的编辑包括编辑码元数据以及编辑码速，具体步骤如下:
1、编辑码元数据
设置32个码元变量，变量依次拥有对应的编号，每个变量设定为0或者1，其中1对应方波的高电平，0对应方波的低电平；按照输出波形的输出形式，设定对应的码元变量的值，并将结束数值指示最后一位码元的编号；设置好后，将32个码元变量和结束数值一并储存； i1、编辑码元速率
码元速率值指的是方波每秒发送的码元个数，数值设定范围在0到108，将码元速率的数值转换为整数，存储到码元速率变量中。
[0007]所述微处理器采用ARM处理器，波形发生模块采用FPGA可编程芯片，微处理器与波形发生模块之间采用lie接口进行连接；FPGA输出采用LVDS差分信号输出。
[0008]本发明旋钮采用中间按钮、外围旋钮形式设计，当按钮按下后，旋钮调节输出波形峰峰值；当按钮弹起时，旋钮调节输出波形的直流偏置。
[0009]一种可编辑码元的方波发生方法，该方法包括以下步骤:
a)PC机的码元编辑模块编辑码元数据和码元速率并发送；
b)ARM接收到USB数据帧后，提取出数据中的码元数据、频率数据和通道数据，根据这些数据索引出存储在ARM内部存储器中的控制信号，并将控制信号通过IIC接口传送给FPGA ；
c)FPGA内部存储有数据表和时钟表，当FPGA接收到控制信号后，根据控制信号在数据表中索引出码元数据、频率值和通道号，然后根据频率值在时钟表中索引，得到的索引值作为分频时钟源；
d)设定分频时钟源的值为M，频率值为N，分频比为P，其中P=M/N;得到分频时钟源后，先计算出P ;若P为整数，则采取整数分频法；若P为小数，则采用小数分频法；通过分频法得到频率值为N的时钟，最后结合通道号，在时钟N的每个周期里，在对应FPGA管脚上以LVDS格式输出一位码元，从第一位码元开始依次输出到最后一位码元，以此循环；至此FPGA上产生了方波；
e)FPGA产生的方波是差分方波，需要转化为单端方波，并且实现波形的峰峰值与直流偏置可调节功能，这部分通过波形调节模块实现，此模块采用高速模拟电路设计。首先波形通过LVDS转换电路，将差分方波转换为单端TTL电平方波，实现单端方波；然后通过放大电路、滤波与分压电路，分压电路分压比通过外部旋钮可以调节，实现方波的峰峰值可调节；其次通过加法电路，将直流电压耦合到方波上，耦合的直流偏置大小也可以通过外部旋钮调节，实现方波的直流偏置可调；最后再通过输出电阻网络进行阻抗匹配后，将最终的方波输出。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
⑴、本发明的装置结构简单，成本低廉。
[0011 ] ⑵、可以作为普通的方波发生器使用，也可以作为矩形脉冲信号发生器使用，而且可以独立调节每路输出波形的峰峰值和直流偏置。
[0012]⑶、操作方便，输出波形的码元和码速通过码元编辑模块配置，可以实现四路独立波形输出，也可以配置成为四路波形协同同步输出。操作简单，并且随着模块更新，可以实现远程操作以及多用户共享等功能。
【附图说明】
[0013]图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明装置发生器内部结构框图；
图3为本发明装置工作流程图。
【具体实施方式】
[0014]参阅图1-2，本发明装置包括PC机11及发生器，PC机11与发生器连接，所述发生器包括保护外壳6及设于保护外壳6内的供电电源模块3、微处理器4、波形发生模块5、波形调节模块7及波形输出模块10，所述保护外壳6上设有旋钮8、USB接口 2、电源供电接口1和四路BNC接口 9，旋钮8与波形调节模块7相连，电源供电接口 1与供电电源模块3相连，USB接口 2与微处理器4相连，波形输出模块10与四路BNC接口 9连接；其中:
供电电源模块3分别与微处理器4、波形发生模块5、波形调节模块7及波形输出模块10连接，微处理器4与波形发生模块5连接，波形发生模块5与波形调节模块7连接，波形调节模块7连接波形输出模块10 ;所述PC机内设有码元编辑模块，实现码元的编辑，并将所编辑的数据通过USB接口 2传送给发生器。
[0015]本发明所述微处理器4采用ARM处理器，波形发生模块5采用FPGA可编程芯片，微处理器4与波形发生模块5之间采用IIC接口进行连接；FPGA输出采用LVDS差分信号输出。
[0016]本发明旋钮8采用中间按钮、外围旋钮形式设计，当按钮按下后，旋钮调节输出波形峰峰值；当按钮弹起时，旋钮调节输出波形的直流偏置。
[0017]参阅图3，本发明装置是这样工作的:
将PC机与发生器用USB连接，等待USB正常被识别，识别成功后，码元编辑模块通过USB发送握手信号，微处理器4接收到握手信号后，微处理器4发出连接请求，码元编辑模块收到连接请求后，仓ll建连接，发生器上的指示灯常亮，表明USB连接成功；如果未能连接，码元编辑模块重新发送握手信号。
[0018]在码元编辑模块中，编辑码元和码元速率的具体步骤如下:
i)编辑码元数据
设置32个码元变量，变量依次拥有对应的编号，每个变量设定为0或者1，其中1对应方波的