则称f（x）为本原多项式。
由本原多项式产生的序列一定是m序列。
所以多项式f1（x）为本源多项式。
其产生的m序列的循环周期（长度）为P=28-1=255。
2.1.2伪随机信号发生器部分的m序列的产生
该信号的本源多项式为f1（x）=1+x1+x4+x5+x12。
其产生的m序列的循环周期（长度）为P=212-1=4095。
2.2低通滤波器设计
2.2.1芯片选择
本设计选用linear公司的LT1568芯片，该芯片采用单+3V电源时的中心频率可高达10MH，采用单个电阻器阻值来设定低通截止频率（200kHz<=fC<=5MHz），不对称的电阻器阻值可将截止频率扩展100kHz-10MHz，采用不同的电阻器阻值可实现带或不带增益的低通转移函数（巴特沃斯、切比雪夫或定制），内部有一对2阶滤波器，可采用单3V（最小值为2.7V）至±5V电源运作，轨至轨输入和输出电压。
2.2.2二阶参数计算
图1LT1568的内部结构及外部测试电路
LT1568芯片的内部结构及外部测试电路如图1，图中包含左右两个二阶低通滤波，并连接成了两个独立的二阶低通滤波电路，单个二阶低通滤波的低通传输特性函数为：
其中，
并不是OUTA或者OUTB，且
C1、C2是内部电容，典型值为：
2.2.3四阶参数
为了获得更好的滤波特性，可以设置一个四阶滤波电路，如图2所示，其不同截止频率巴特罗斯低通滤波参数可在该芯片的datasheet中查到，如表1。
图2四阶滤波器接法
表1四阶滤波器参数设计
截止频率（kHz）
R11，R21
R31
R12，R22
R32
100
10.5k
15.8k
18.2k
8.87k
200
5.23k
7.87k
9.31k
4.42k
500
2.1k
3.16k
3.74k
1.78k
2.3同步信号提取
采用STM32单片机对传输的数字信号进行程序处理操作，从而提取处同步信号。
2.4眼图显示
2.4.1眼图形成原理
屏幕上的每个信号波形通过触发点对齐，眼图通过对信号多次触发采集后叠加生成，如图3。
图3眼图形成原理
2.4.2眼图显示方法
本简易数字信号传输性能分析仪使用示波器来显示眼图，数字信号分析电路输出数字信号及其同步信号，将分析电路的分析信号加到示波器的Y轴，将示波器的触发源选择在外接档，并将数字信号的同步信号通过示波器的外接输入探头输入，然后调整示波器的扫描时间间隔和其触发电平，就能得到稳定的眼图，如图4。
图4眼图形成原理
3电路与程序设计
本系统由数字信号发生器模块、伪随机信号发生器、滤波电路模块、加法器模块、数字电路分析模块，显示器模块组成，如图5所示。
图5系统总框图
3.1单元电路设计
3.1.1单元框图
图6子系统组成框图
3.1.2信号发生器单元设计
1、m序列产生模块的电路图如图6所示。
Clk输入端为同步时钟，经过线性移位寄存器后用一组门电路作为反馈函数网络。
该电路采用CPLD芯片EPM7128实现。
由于该CPLD资源有限，同时提供了信号发生器和伪噪声发生器所需要的的逻辑器件。
所以其输入时钟控制采用了一片STM32单片机，通过单片机按键可以实现对clk时钟从10kHz到100kHz步进10kHz可调，即是数字信号发生器的数据率从10kbps到100kbps步进10kbps可调，同时，用液晶显示数据率。
图7m序列产生电路
2、曼彻斯特码产生电路如图8所示。
其中的m_gen子模块为m序列产生模块，将m序列与对应的同步时钟信号V1_clock一起输入到一个二输入异或门就可以得到m序列的曼特斯特编码V1_m。
但由于异或门的输入端信号可能同时跳变产生竞争冒险现象，故在异或门后级加一个用晶振时钟同步的D触发器，以消除竞争冒险。
该模块由CPLD实现。
图8曼彻斯特编码电路
3.1.3伪噪声信号产生单元设计
1、伪噪声信号产生子系统系统电路图如图9所示，该模块同样由CPLD实现。
其输入时钟为20MHz的晶振时钟，经过二分频后得到10MHz的时钟，将之供给线性移位寄存器。
Qout
图9伪随机信号发生器电路图
3.1.4滤波器单元设计
通过查看LT1568的数据手册，针对滤波器不同的截止频率计算芯片外围电路中电阻的阻值，并
用该芯片的设计软件进行了设计验证，得到100kHz，200kHz，500kHz的滤波电路图分别为图10，图11，图12。
图10
图11
图12
因为要求滤波器要在0.2-4范围内增益可调，虽然LT1568这款芯片可以通过调整外围电路电阻的比值来实现增益的调整，但是因为其供电电压为±5V，如若滤波器的输入电压为TTL电平，则不能实现4倍放大，所以滤波芯片并没有设置放大，而采用在芯片后，级联一级反相放大电路，进行放大，同时，让滤波芯片的输出信号从/OUT端引出，反相放大电路如图13。
图13
3.1.5加法器单元设计
为实现数字信号与噪声信号的叠加，采用图14所示同相加法电路，该电路能够实现V2，V3信号的同相相加，通过电阻计算，若R25=2R25=2R28=2R30=2R29，就能够使V2A=V2+V3。
图14加法器模块电路
3.1.6数字信号分析单元设计
数字信号分析模块采用一片STM32单片机实现
主程序为函数初始化和等待中断，比较简单，不做赘述。
中断服务程序的流程图如下所示。
图15中断服务程序流程图
4测试结果
4.1测试条件与仪器
测试条件：
检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。
测试仪器：
YB4340G模拟示波器，TDS1012泰勒数字示波器，数字万用表，QF1750-2稳压稳流直流电源，YB1602P功率函数信号发生器。
4.2测试结果及分析
4.2.1基本要求部分
（1）数字信号发生器
仿真波形如下：
图16数字信号发生器的m序列仿真波形
数据率测试数据为：
表2数据率测试数据
理论数据率（kbps）
10
20
30
40
50
测试值（kbps）
10.00
20.00
29.94
40.00
50.00
误差
0
0
0.200%
0
0
理论数据率（kbps）
60
70
80
90
100
测试值（kbps）
59.90
70.10
80.20
90.05
100
误差
0.167%
0.143%
0.250%
0.005%
0
数据率误差均不大于0.25%，小于1%，满足题目要求。
CPLD输出的数字信号高电平为3.4V，是TTL电平，满足题目要求。
（2）低通滤波器
对低通滤波器截至频率测试时，输入信号为峰峰值为2V的正弦波
①100kHz低通滤波测试数据如下：
表3100kHz低通测试数据
信号频率（kHz）
10
30
50
70
80
90
输出电压p-p（V）
2.00
2.00
2.00
1.96
1.84
1.68
信号频率（kHz）
100
150
200
输出电压p-p（V）
1.42
400mV
250mV
测得其截止频率为101k，误差为1%
②200kHz低通滤波测试数据如下：
表4200kHz低通测试数据
信号频率（kHz）
10
30
50
70
90
110
输出电压p-p（V）
2.00
2.00
1.98
2.00
2.00
1.96
信号频率（kHz）
130
150
170
180
190
200
输出电压p-p（V）
1.93
1.90
1.76
1.52
1.42
1.30
信号频率（kHz）
250
400
输出电压p-p（V）
760mV
190mV
测得其截止频率为191k，误差为4.5%
③500kHz低通滤波测试数据如下：
表5500kHz低通测试数据
信号频率（kHz）
50
100
150
200
250
300
输出电压p-p（V）
2.00
2.00
1.96
1.96
1.96
1.92
信号频率（kHz）
350
400
450
500
700
1000
输出电压p-p（V）
1.88
1.76
1.62
1.36
440mV
128mV
信号频率（kHz）
1500
2000
输出电压p-p（V）
30mV
17.2mV
测得其截止频率为494k，误差为1.2%
经LT1568滤波之后的信号经反相端输出，然后经过一个反相放大器放大，测试得其放大倍数范围为0.03~6倍，满足0.2~4倍的题目要求。
带外衰减测试结果：
四阶滤波，带外衰减远大于4040dB/十倍频程，实际测试其十倍频程处信号已经mV级别，达到题目要求。
（3）伪随机信号发生器
其仿真波形如下
图17伪随机信号发生器m序列仿真波形
数据率测得为9.98Mbps-10.02Mbps，误差绝对值为0.2%，满足题目要求
输出信号峰峰值测试结果：
最低可到50mV，最大可到3V，达到TTL电平，满足题目要求。
（4）眼图观察
用数字信号发生器产生的时钟信号V1-clock进行同步得到眼图。
测试中数字信号码率为100kHz，滤波器分别为为100kHz、200kHz、500kHz时对应的眼图，如下图所示。
Fc=100kHzfc=200kHzfc=500kHz
图18眼图测试结果
眼图的具体测试数据如下表所示。
1测试条件：
100mV噪声信号，100kHz低通滤波
表6100kHz低通滤波下的眼图幅度测试数据
数据率/kbps
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
眼幅度/V
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.4
3.5
2测试条件：
100mV噪声信号，200kHz低通滤波
表7200kHz低通滤波下的眼图幅度测试数据
数据率/kbps
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
眼幅度/V
3.4
3.3
3.4
3.4
3.4
3.35
3.4
3.5
3.5
3.4
3测试条件：
100mV噪声信号，500kHz低通滤波
表8500kHz低通滤波下的眼图幅度测试数据
数据率/kbps
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
眼幅度/V
3.2
3.2
3.2
3.2
3.2
3.2
3.2
3.2
3.2
3.2
4.2.2发挥部分
（1）数字信号发生器输出的V1采用曼彻斯特编码
由CPLD做，仿真波形如下：
图19m序列和曼彻斯特编码仿真波形
（2）用单片机提取同步信号和数字信号仪器输入到示波器得到眼图。
滤波器截止频率为100kHz时的眼图结果
提取的同步信号与m序列的clock信号周期相同；同步信号不是标准方波，而是一个负脉冲，但是当眼图显示的外部触发源已经足够；两个信号有一点点的相位差，但是在眼图的显示时，只需稍加调节触发电平就可以很好的显示眼图。
Fc=100kHzfc=200kHzfc=500kHz
图20眼图测试结果
（3）伪随机信号发生器输出信号V3幅度可调，V3的峰峰值范围为100mV~TTL电平
此项已在基本要求数据测试中达到要求并说明
（4）高噪声下的眼图（噪声的Vpp=2.4V）
图21200kHz低通滤波后的眼图图22500kHz低通滤波后的眼图
4.2.3测试分析与结论
根据上述测试数据和测试现象，由此可以得出以下结论：
1、滤波器截止频率较高时，能更好的对数字信号进行滤波，也就是传输性能更好；当滤波器截止频率较低时，数字信号的边缘被平缓话，对信号的传输造成较大影响。
2、通过对眼图的观察，可以了解数字信号的失真量，信号幅度等信息。
由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定。
综上所述，本设计达到设计要求。
参考文献
[1]杨素行．模拟电子技术基础．高等教育出版社.2006年．
[2]孙延鹏．VHDL与可编程逻辑器件．航空工业出版社.2006年.
[3]彭刚．基于ARMCortex-M3的stm32系列嵌入式控制器应用实践．电子工业出版社.2010年.
[2]黄志伟．常用电路模块制作．北京航空航天大学出版社.2011年.
附录1：
电路原理图
附录2：
源程序
主程序：
//头文件申明
#include"stm32f10x.h"
#include"fsmc_sram.h"
#include"stm32f10x.h"
//结构体申明
ErrorStatusHSEStartUpStatus;
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM8_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM1_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDefTIM8_OCInitStructure;
TIM_OCInitTypeDefTIM1_OCInitStructure;
TIM_BDTRInitTypeDefTIM8_BDTRInitStructure;
//子程序的申明
voidEXTI_Configuration（void）;
voidNVIC_Configuration（void）;
voidRCC_Configuration（void）;
voidGPIO_Configuration（void）;
voidTIM_Config（intaa）;
voidTIM_Configuration（intaa）;
voidTIM1_Configuration（intaa）;
voidTIM2_Configuration（void）;
voidLCD_Input1（void）;
voidlcd_rst（void）;
externvoidLCD_Init（void）;
voidLCD_displaychar（u16Line,u16Row,u8Num）;
voidLCD_displayABC（u16Line,u16Row,u8Num）;
voidDelay（__IOuint32_tnCount）;
intmain（void）
{
#ifdefDEBUG
debug（）;
#endif
//初始化
RCC_Configuration（）;
EXTI_Configuration（）;
NVIC_Configuration（）;
RCC_AHBPeriphClockCmd（RCC_AHBPeriph_FSMC,ENABLE）;
GPIO_Configuration（）;
GPIO_SetBits（GPIOC,GPIO_Pin_7）;
FSMC_LCD_Init（）;
LCD_Init（）;
LCD_Input1（）;
TIM2_Configuration（）;
TIM_Cmd（TIM8,DISABLE）;
TIM_Config（7200）;
LCD_displayABC（150,224,1）;
LCD_displayABC（150,208,0）;
LCD_displayABC（150,192,46）;
LCD_displayABC（150,176,37）;
LCD_displayABC（150,160,51）;
LCD_displayABC（150,144,54）;
while
（1）
{
}
}
//按键引脚的中断配置
voidEXTI_Configuration（void）
{
EXTI_InitTypeDefEXTI_InitStructure;
GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource0）;
GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource2）;
GPIO_EXTILineConfig（GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource4）;
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line0）;
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line2）;
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line4）;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_InitStructure.EXTI_Line=E
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