CN103582262A - 任意波形白光信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种任意波形白光信号发生器。发生器包括信号产生和信号检测两个部分，信号产生部分包括计算机、USB接口、STM32单片机、直流功率放大器和大功率白光LED，信号检测部分包括光电检测器和示波器。计算机中的MATLAB软件控制产生任意波形信号，MFC软件控制信号的频率、波形个数、幅值等参数以及对大功率白光LED伏安特性曲线的非线性修正，直流功率放大器将STM32单片机中数模转换模块产生的任意波形信号进行功率放大输出到大功率白光LED上，可在示波器上观察光电检测器检验大功率白光LED输出的任意白光信号的光照强度是否与设计的任意波形信号相一致。本发明本采用基于DDS技术数字频率合成器作为一种信号产生装置，并根据需求产生相应的波形，具有重复性好、实时性强等优点。

Description

任意波形白光信号发生器

技术领域

本发明涉及一种任意波形白光信号发生器，属于光电技术领域。

背景技术

任意波形白光信号发生器是应用较为广泛的一类现代电子测试仪器，主要涉及多个科学实验领域，比如自动化控制，电子电路测试，仪器设备开发等领域。目前，对于任意波形白光信号发生器，国内外有众多研究，其原理也是多种多样，其中核心技术主要有以下几类：如基于直接数字频率合成技术(DDS)任意波形信号发生器；基于单片机的任意波形信号发生器；基于总线型的任意波形发生器(具体包括USB总线，PCI总线，GPIB总线等)和基于CPLD的任意波形信号发生器等。其中基于直接数字频率合成技术(DDS)的任意波形信号发生器应用较为广泛。

直接数字频率合成技术(DDS)是近年来发展较为迅速的新型频率合成技术，其主要优点是相对带宽较大，频率转换时间极短(最高可达到纳秒级)，频率分辨率很高，全数字化结构。这些优点使得DDS便于集成，输出相位连续可调，且频率、相位和幅度均可程控。此外DDS与计算机技术紧密结合在一起，克服了模拟频率合成和锁相频率合成等传统频率合成技术电路复杂、设备体积较大、成本较高的不足等问题。目前DDS技术现已在接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等方面得到广泛应用。本发明采用基于DDS技术数字频率合成器作为一种信号产生装置，并根据需求产生相应的波形，具有重复性好、实时性强等优点。

发明内容

本发明基于DDS技术的任意波形白光信号发生器利用MFC应用程序通过USB接口将上位机软件和下位机的STM32单片机实现无缝连接，STM32单片机依赖数字控制的方法，利用单基准时钟频率来实现一个模拟频率源——即DDS技术。本发明中任意波形可以由函数产生，在发明实例中由MATLAB软件的数学函数产生；然后通过MFC程序将MATLAB软件设计生成的波形数据，经过USB传输给STM32单片机；然后由单片机利用DDS技术产生高精度和高分辨率任意波形的白光信号。

本发明涉及的任意波形白光信号发生器包括信号产生和信号检测两个部分，信号产生部分包括计算机、USB接口、STM32单片机、直流功率放大器和大功率白光LED，信号检测部分包括光电检测器和示波器，计算机、USB接口、STM32单片机、直流功率放大器、大功率白光LED依次相连，大功率白光LED与光电检测器相连，示波器分别与直流功率放大器、光电检测器相连。

本发明涉及的任意波形白光信号发生器的工作过程为：计算机利用MFC应用程序通过USB接口将计算机中的MATLAB软件和STM32单片机连接起来，使MATLAB软件控制产生任意波形信号，MFC软件控制信号的发射并对大功率白光LED伏安特性曲线进行修正，直流功率放大器将STM32单片机中数模转换模块产生的任意波形信号进行功率放大，在示波器上观察光电检测器接收到的白光信号是否与MATLAB软件输出的波形信号相一致。

本发明的有益效果是，计算机软件生成的任意波形数据，通过单片机控制大功率白光LED灯实时控制发光。通过MFC将控制数据传送给STM32单片机，不仅可以减轻硬件设计成本，而且操作灵活、直观。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1任意波形白光信号发生器结构示意框图

具体实施方式

结合附图对本发明进一步说明，计算机利用MFC应用程序通过USB接口将计算机中的MATLAB软件所产生的波形数据与STM32单片机连接起来；MATLAB软件生成的波形数据，通过STM32单片机上的数模转换模块生成实际模拟信号；在过程中MFC应用程序负责控制生成波形的时间、频率等参数，以及在对应量程范围内对大功率白光LED的非线性伏安特性曲线的修正。将STM32单片机产生的模拟波形信号与直流功率放大器连接，进行功率放大，此处直流功率放大器采用的主要芯片为德州仪器公司生产的精密运放，型号为OPA541。直流功率放大器输出的大功率信号与大功率白光LED相连，此时点击计算机上MFC软件上的发送波形按钮，大功率白光LED即可发射任意波形的白光信号。当大功率白光LED发射任意波形白光时，将经过检定的光电检测器置于大功率白光LED照射下，并将其输出端与示波器连接，可以测试任意波形白光信号的光强曲线，检验输出曲线与MATLAB软件产生的输入曲线是否相一致，根据这一反馈信息修正MFC中的伏安特性曲线。

实施例1

首先将STM32单片机通过USB接口与计算机相连；然后打开计算机中的MFC应用软件，进行端口选择配置、选择传输速率、开启通信。

在计算机和STM32单片机握手成功之后，打开计算机中的MATLAB软件，根据任务需要输入对应的任意波形信号，将生成的MTLAB格式的任意波形型号保存文件。

获得任意波形信号的MATLAB文件之后，在MFC软件上点击“打开文件”按钮，可以将相应的MATLAB波形信号数据读入MFC；再点击MFC中的“发送波形”按钮，便可以将波形数据显示在MFC的波形数据显示框内；通过MFC软件可以完成对信号的频率，波形个数，幅值等参数的设置，以及根据LED伏安曲线的进行非线性修正。

将示波器的探针线与STM32单片机的GPIOA_4端口相连，点击计算机中MFC应用软件“实时发送”按钮，可以观察到示波器上有连续的相应波形信号出现，点击“停止发送”按钮，示波器上的相应波形信号停止发送。

而后将STM32单片机生成的任意波形信号输入直流功率放大器，直流功率放大器选用OPA541芯片，可以在直流功率放大器的输出端用示波器观察经放大之后的输出信号。

此时再将直流功率放大器的输出信号与大功率白光LED相连，点击计算机中MFC软件上的“实时发送”按钮，可以观察到大功率白光LED按照相对应的波形亮暗；点击“停止发送”按钮，大功率白光LED熄灭。

将经过线性检定的PIN光电检测器放置在大功率白光LED灯后面，在MFC软件上将任意波形发送模式设置为连续模式。此时观察到大功率白光LED灯在闪烁发光，将PIN光电检测器的输出端与示波器相连，观察检测到示波器输出的对应波形光强信号曲线与计算机中的MATLAB产生的波形曲线相似。

Claims (2)

1.一种任意波形白光发生器，其特征是该发生器包括信号产生和信号检测两个部分，信号产生部分包括计算机、USB接口、STM32单片机、直流功率放大器和大功率白光LED，信号检测部分包括光电检测器和示波器，计算机、USB接口、STM32单片机、直流功率放大器、大功率白光LED依次相连，大功率白光LED与光电检测器相连，示波器分别与直流功率放大器、光电检测器相连；其中计算机利用MFC应用程序通过USB接口将计算机中的MATLAB软件和STM32单片机连接起来，使MATLAB软件控制产生任意波形信号，MFC软件控制信号的发射并对大功率白光LED伏安特性曲线进行修正，直流功率放大器将STM32单片机中数模转换模块产生的任意波形信号进行功率放大，在示波器上观察光电检测器接收到的白光信号是否与MATLAB软件输出的波形信号相一致。

2.根据权利要求1所述的任意波形白光发生器，其特征是MFC软件对由MATLAB软件生成的任意波形数据实时修正，使大功率白光LED实时发出由MATLAB软件生成的任意波形数据，通过MFC将控制数据传送给STM32单片机。

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