在进行通讯和DSP等试验过程中,信号源是不可缺少的一个工具,很多设备是使用信号源来模拟检测实际目标,来验证设备的功能及可靠性。通常,对于研制单一产品的厂家来说,需要某一固定的信号源即可,在市场上也可以找到性价比合适的产品。但对于某些开发人员来说,单一的信号源远远满足不了要求,他们可能需要各种频率、各种包络和精度的信号源来验证设计的可靠性。设计者通常很难找到完全符合要求的产品,而且价格一般也极为昂贵。此外,大多数信号源可能用一两天,从而造成极大的浪费。因此,自己研制出符合要求、高性价比的信号源成为很多厂家的选择。
使用硬件也可以完成过数字信号源的设计,其实现的大致思路是:先分析信号源的波形,对波形的一周期数据进行采样,存储到ROM中,再使用可编程逻辑器件对采样数据进行重复读取、A/D转换、滤波、放大;如想监测信号质量,对输出进行A/D转换,反馈到可编程逻辑器件进行分析、显示和校正。很多工程师会选择这样的设计思路,所得波形具有可靠性高、易于实现和精度高的优点。然而,是从选择思路、绘制原理图、设计电路板、制版、编程、调试和更改的整个设计周期可能达2、3个月之久,而用MATLAB和声卡去实现则更方便有效。
设计思路和软件实现方法
声卡是将音频输入数据转换为立体声输出的一种设备,输入信号同时也设定了声卡的采样频率和采样位数,普通声卡采样频率通常可选值为8,000Hz、11,000Hz、16,000Hz、22,000Hz和44,100Hz,而高性能的专业声卡的A/D采样频率最高可达96,000Hz,D/A转换频率最高可达192,000Hz。声卡的采样频率可以通过专业软件来进行更改和设置的。声卡输出位数为固定值,包括8位、16位和24位,这个参数标志声卡进行D/A转换时的转换精度,但要使输出信号更接近理想值,还需要高采样频率来做保障。
由于输出是一个T形波信号,具有一定的周期,在T形波以外输出零电平,因此界面设计(见图1)中应包括:中心频率、T形波上升段、平稳段、下降段时间间隔,T形波信号周期、采样频率的选择或输入/输出信号位数的选择,以及信号发送、演示、清除、发送暂停、继续和退出系统。其实还有很多软件可以对音频文件进行播放,因此又增加了一个按钮用于产生音频文件。将信号参数输入完全后,可以通过信号演示按钮对波形进行查看。对数据进行修改时,可先用信号清除按钮清空数据,或直接对数据进行修改,对信号发送暂停或继续也可进行控制。
a.
音频数据的产生方法
在应用界面中,共设置了中心频率、T形波上升段、平稳段、下降段时间间隔、T形波信号周期、采样频率和传输位共七个参数源,通过MATLAB强大的计算函数将其转换成声卡所能接受的音频数据向量、D/A采样频率以及数据向量的宽度。
Vs:一周期信号数据向量
Vup:上升段信号数据向量,
Vstb:平稳段信号数据向量,
Vdown:下降段信号数据向量;
Vs=[Vup,Vstb,Vdown]
Vup=sin(w×Pup),
Vstb=sin(w×Pstb),
Vdown=sin(w×Pdown),
w=2×3.1416×f。
Pup:上升段信号采样点,
Pstb:平稳段信号采样点,
Pdown:下降段信号采样点。
w:输出信号的角频率,
f:输出信号频率,由应用界面取得。
Pup=[0:point:tup-point]
Pstb=[tup:point:tup+tstb-point]
Pdown=[tup+tstb:point:tup+tstb+tdown-point]
Pt=[Pup,Pstb,Pdown]
point=1/fspl,为采样频率的倒数,中括号及内部数据表示由起始时间到结束时间以point为间隔而产生的数据向量,Pt为采样时间点。
b.
对T型波信号进行演示和信号清除
这两个功能分别由信号演示和信号清除两个按钮来完成,信号演示的实现方法是将采样时间点一周期信号数据向量使用plot函数,以二维图形的形式将信号显示在坐标轴上。坐标轴设置为自动调节,图形界面设置为系统菜单模式,这样可以方便对信号进行编辑、缩放和其它管理。信号清除只是在回调子函数中将中心
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