專利名稱：智能綜合電子測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器儀表技術(shù)，具體是一種智能綜合電子測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的通用電子測(cè)量?jī)x器功能單一、體積大、笨重，采用數(shù)碼管或陰極射線管顯示數(shù)據(jù)或圖像，靈活性不好、穩(wěn)定性差，操作面板旋紐、按鍵多，不易掌握。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種智能綜合電子測(cè)量?jī)x。采用嵌入式微處理器技術(shù)、EDA技術(shù)、平板顯示技術(shù)，將電子實(shí)驗(yàn)常用的數(shù)字存儲(chǔ)示波器、數(shù)字頻率計(jì)、任意信號(hào)發(fā)生器、RLC測(cè)試儀，雙路穩(wěn)壓電源等集成為一體，并采用彩色液晶屏顯示和觸摸屏分級(jí)菜單式操作，實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)。
本發(fā)明的智能綜合電子測(cè)量?jī)x包括數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路、可編程邏輯器模塊、嵌入式微處理器模塊、儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面、基于頻率法的RLC測(cè)試模塊、偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)、基于直接數(shù)字頻率合成法的任意信號(hào)發(fā)生器。
其中數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路中信號(hào)由通道一或者通道二輸入，經(jīng)過(guò)衰減得到峰峰值為1V的信號(hào)電平；A/D轉(zhuǎn)換的主控芯片是轉(zhuǎn)換速率100M的A D9288，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，得到有效值為8位的數(shù)字信號(hào)輸出。
可編程邏輯器模塊，實(shí)現(xiàn)不同的電路及接口功能，基于EDA的單一硬件，多功能測(cè)試技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、數(shù)字頻率計(jì)電路、任意信號(hào)發(fā)生電路、RLC測(cè)試接口電路、掃頻儀電路均采用單一的硬件資源一塊可編程邏輯器件。不同功能模塊的VHDL程序編譯后存放于外部存儲(chǔ)器中，在嵌入式微處理器的控制之下，按指令要求調(diào)入相應(yīng)的軟件?？欤峙洳煌腎/O接口，實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試功能。
嵌入式微處理器控制模塊采用三星公司的ARM微處理器S3C2410X，采用6層板設(shè)計(jì)，S3C2410X使用ARM920T核，內(nèi)部具有靈活的內(nèi)存處理單元，連接上仿真器，SD卡、U盤、移動(dòng)硬盤、串口、網(wǎng)卡設(shè)備，并有與液晶顯示屏模塊的接口及觸摸屏的I/O接口，設(shè)計(jì)了與A/D轉(zhuǎn)換板的連接。
儀器操作系統(tǒng)及界面設(shè)計(jì)模塊儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面，采用菜單式工作方式，所有參數(shù)輸入和結(jié)果顯示在觸摸屏上進(jìn)行，頂層界面包括了本多功能測(cè)量?jī)x的主菜單，其中包括“示波”、“信號(hào)”、“測(cè)量”、“下載”及“幫助”菜單選項(xiàng)。
基于頻率法的RLC測(cè)試模塊，當(dāng)阻抗值變化時(shí)諧振電路的輸出頻率將隨著改變，在系統(tǒng)內(nèi)建立了頻率阻抗對(duì)照表數(shù)據(jù)庫(kù)，從測(cè)得的頻率值直接獲得元件的阻抗值并顯示。利用微處理器功能，對(duì)小阻抗元件和大阻抗元件進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)測(cè)量檔位的自動(dòng)切換和準(zhǔn)確測(cè)量。
偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)采用偽隨機(jī)碼輸入測(cè)試電子系統(tǒng)的頻率特，由微處理器產(chǎn)生偽隨機(jī)碼掃頻測(cè)試信號(hào)，輸入電路網(wǎng)絡(luò)，微處理器產(chǎn)生不同頻率和不同碼長(zhǎng)的偽隨機(jī)碼信號(hào)以供測(cè)試不同頻率特性的電路網(wǎng)絡(luò)，電路網(wǎng)絡(luò)的輸出再與偽隨機(jī)碼在微處理器內(nèi)作相關(guān)運(yùn)算和FFT變換，得到被測(cè)電路的頻率特性曲線輸出并顯示。
基于直接數(shù)字頻率合成法的任意信號(hào)發(fā)生器，將要生成的信號(hào)在時(shí)間軸上數(shù)字化形成函數(shù)對(duì)照表，該數(shù)據(jù)庫(kù)存放于系統(tǒng)ROM中，當(dāng)要產(chǎn)生該信號(hào)時(shí)，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)從ROM中依次取出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理后輸出并在液晶屏上顯示。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、功能集成。將電子實(shí)驗(yàn)常用的數(shù)字存儲(chǔ)示波器、數(shù)字頻率計(jì)、任意信號(hào)發(fā)生器、RLC測(cè)試儀，雙路穩(wěn)壓電源等集成為一體。
2、利用可編程邏輯器，實(shí)現(xiàn)儀器的軟件在線更新，便于產(chǎn)品升級(jí)。
3、采用嵌入式微處理器技術(shù)，支持TFT高分辨率彩色液晶顯示，提供觸摸屏控制，使得儀器顯示界面高清晰，儀器操作直觀簡(jiǎn)單。


圖1為本智能綜合電子測(cè)量?jī)x的各模塊連接關(guān)系2為本智能綜合電子測(cè)量?jī)x的面板操作界面3為數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路框圖；圖4可編程邏輯器模塊框圖；圖5為嵌入式微處理器控制模塊框圖；圖6-1為儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面圖形菜單工作界面頂層界面菜單示意圖；圖6-2為儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面圖形菜單工作界面示波界面菜單示意圖；圖6-3為儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面圖形菜單工作界面測(cè)量界面菜單示意圖；圖6-4為儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面圖形菜單工作界面信號(hào)發(fā)生界面菜單示意圖；圖6-5為儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面圖形菜單工作界面下載界面菜單示意圖；圖7為基于頻率法的RLC測(cè)試模塊對(duì)電阻、電容的測(cè)量采用由時(shí)基電路555構(gòu)成的多諧振蕩器的電路框圖；圖8為基于頻率法的RLC測(cè)試模塊對(duì)電感的測(cè)量則采用壓控振蕩器芯片1648構(gòu)成振蕩電路，具體電路框圖；圖9為偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)電路框圖；圖10為基于直接數(shù)字頻率合成法的任意信號(hào)發(fā)生器的工作原理框具體實(shí)施例方式本發(fā)明的智能綜合電子測(cè)量?jī)x包括數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路、可編程邏輯器模塊、嵌入式微處理器模塊、儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面、基于頻率法的RLC測(cè)試模塊、采用偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)和基于直接數(shù)字頻率合成法的任意信號(hào)發(fā)生器。其中本智能綜合測(cè)量?jī)x的面板設(shè)計(jì)如圖2所示，而電子測(cè)量?jī)x的各模塊連接關(guān)系圖如圖1所示；其中各英文字母含意如下A模擬信號(hào)；B調(diào)理信號(hào)；C輸入信號(hào)的參數(shù)；D模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)；EFPGA產(chǎn)生的信號(hào)；FD/A轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)；G數(shù)模轉(zhuǎn)換后的信號(hào)；H模擬信號(hào)；I數(shù)據(jù)傳輸；J互控信號(hào)；K被測(cè)頻率；LUSB ARM在線更新；M數(shù)據(jù)傳輸；N互控信號(hào)O被測(cè)RLC值；P并口下載；Q測(cè)頻電路下線更新；RMCU下線更新；SFPGA下線更新；T220V交流電入口；U內(nèi)部電源輸出；V兩路可調(diào)電源輸出。
1、數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路，用于對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行雙通道數(shù)據(jù)采集、顯示和存儲(chǔ)；數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路框圖如圖3所示，信號(hào)由通道一或者通道二輸入，經(jīng)過(guò)衰減得到峰峰值為1V的信號(hào)電平；A/D轉(zhuǎn)換的主控芯片是轉(zhuǎn)換速率100M的A D9288，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，得到有效值為8位的數(shù)字信號(hào)輸出。
采用數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路可使實(shí)時(shí)采樣速率達(dá)到100M，采用等效采樣技術(shù)使等效采樣速率達(dá)到1G以上。
2、可編程邏輯器模塊，實(shí)現(xiàn)不同的電路及接口功能。
可編程邏輯器模塊框圖如圖4所示，基于EDA的單一硬件，多功能測(cè)試技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、數(shù)字頻率計(jì)電路、任意信號(hào)發(fā)生電路、RLC測(cè)試接口電路、掃頻儀電路均采用單一的硬件資源一塊可編程邏輯器件。不同功能模塊的VHDL程序編譯后存放于外部存儲(chǔ)器中，在嵌入式微處理器的控制之下，按指令要求調(diào)入相應(yīng)的軟件模快，分配不同的I/O接口，實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試功能。
EDA的主控芯片是ACEX 1K100，RLC測(cè)試電路將測(cè)得的RLC值轉(zhuǎn)換為頻率值后傳給FPGA；頻率測(cè)試電路的作用是測(cè)量輸入信號(hào)的頻率；多功能下載電路提供了程序的即時(shí)更新，通過(guò)下載不同的程序，可編程邏輯實(shí)現(xiàn)不同的電路及接口功能。
3、嵌入式微處理器控制模塊嵌入式微處理器控制模塊框圖如圖5所示，本系統(tǒng)采用三星公司的ARM微處理器S3C2410X，采用6層板設(shè)計(jì)，S3C2410X使用ARM920T核，內(nèi)部具有靈活的內(nèi)存處理單元，可以方便地連接上仿真器，SD卡、U盤、移動(dòng)硬盤、串口、網(wǎng)卡等即插即用設(shè)備，并有與液晶顯示屏模塊的接口及觸摸屏的I/O接口，設(shè)計(jì)了與A/D轉(zhuǎn)換板的連接，可以保證在100M頻率下的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。研制了相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)軟件。
說(shuō)明本嵌入式系統(tǒng)板集成模塊有USB模塊、POWER&JTAG模塊、Nand Flash模塊、IDE模塊、UART模塊、Audio模塊、EXI-BUS模塊、Net模塊、LCD模塊等模塊.
各信號(hào)接口定義如表1所示表1




4、儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面圖形菜單工作界面頂層菜單如圖6-1所示，各分層菜單如6-2至6-5所示。設(shè)計(jì)了儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面，采用菜單式工作方式，提示清楚，明確，所有參數(shù)輸入和結(jié)果顯示在觸摸屏上進(jìn)行，操作簡(jiǎn)便、直觀，取消了傳統(tǒng)電子測(cè)量?jī)x上的大部分按鍵、旋紐。使儀器的使用更為簡(jiǎn)便，易學(xué)、易于掌握。
說(shuō)明頂層界面圖6-1，包括了本多功能測(cè)量?jī)x的主菜單，其中包括“示波”、“信號(hào)”、“測(cè)量”、“下載”及“幫助”菜單選項(xiàng)。
5、基于頻率法的RLC測(cè)試模塊R、L、C作為諧振電路中的一個(gè)元件，當(dāng)阻抗值變化時(shí)諧振電路的輸出率將隨著改變，在系統(tǒng)內(nèi)建立了頻率阻抗對(duì)照表數(shù)據(jù)庫(kù)，從測(cè)得的頻率值直接獲得元件的阻抗值并顯示。利用本系統(tǒng)強(qiáng)大的微處理器功能，對(duì)小阻抗元件和大阻抗元件進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)測(cè)量檔位的自動(dòng)切換和準(zhǔn)確測(cè)量。與傳統(tǒng)的伏安法、電橋法比較測(cè)量快速、準(zhǔn)確、方便。
1)對(duì)電阻、電容的測(cè)量采用由時(shí)基電路555構(gòu)成的多諧振蕩器，具體電路框圖如圖7被測(cè)電阻R或被測(cè)電容C作為由555構(gòu)成的R、C振蕩電路的元件，根據(jù)阻值范圍或電容范圍自動(dòng)選擇匹配電容或電阻產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩頻率，微處理器按事先存放的頻率阻抗對(duì)照表數(shù)據(jù)庫(kù)確定元件的電阻或電容值并輸出顯示。
2)對(duì)電感的測(cè)量則采用壓控振蕩器芯片1648構(gòu)成振蕩電路，具體電路框圖如圖7被測(cè)電感L作為由1648構(gòu)成的L，C振蕩電路的元件，根據(jù)電感L的大小自動(dòng)選擇不同的匹配電容，產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩頻率，事先測(cè)試并在微處理器中建立了電感頻率對(duì)照表數(shù)據(jù)庫(kù)，按測(cè)得的振蕩頻率確定元件的電感值并輸出顯示。
6、偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)電路框圖如圖9所示，傳統(tǒng)掃頻儀采用頻率自低至高變化的掃頻信號(hào)，掃頻信號(hào)發(fā)生電路復(fù)雜、掃頻范圍窄，難以獲得準(zhǔn)確的系統(tǒng)頻率特性曲線。本系統(tǒng)采用偽隨機(jī)碼輸入測(cè)試電子系統(tǒng)的頻率特性。
由微處理器產(chǎn)生偽隨機(jī)碼掃頻測(cè)試信號(hào)，輸入電路網(wǎng)絡(luò)，微處理器可以產(chǎn)生不同頻率和不同碼長(zhǎng)的偽隨機(jī)碼信號(hào)以供測(cè)試不同頻率特性的電路網(wǎng)絡(luò)，電路網(wǎng)絡(luò)的輸出再與偽隨機(jī)碼在微處理器內(nèi)作相關(guān)運(yùn)算和FFT變換，得到被測(cè)電路的頻率特性曲線輸出并顯示。
7、基于直接數(shù)字頻率合成法的任意信號(hào)發(fā)生器此任意信號(hào)發(fā)生器的工作原理框圖如圖10所示，首先將要生成的信號(hào)在時(shí)間軸上數(shù)字化形成函數(shù)對(duì)照表，該數(shù)據(jù)庫(kù)存放于系統(tǒng)ROM中，當(dāng)要產(chǎn)生該信號(hào)時(shí)，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)從ROM中依次取出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理后輸出并在液晶屏上顯不。
由觸摸屏的軟鍵盤輸入頻率值，確定相應(yīng)的K值，從FPGA中建立的ROM數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，再通過(guò)低通濾波器輸出。
數(shù)字信號(hào)經(jīng)FPGA內(nèi)部產(chǎn)生后，經(jīng)通道選擇傳給DA轉(zhuǎn)換，得到的模擬信號(hào)經(jīng)調(diào)理可輸出。D/A轉(zhuǎn)換主芯片是AD5428，轉(zhuǎn)換速度是20M。
以上所述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、構(gòu)造及原理所作的等效變化，均應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.智能綜合電子測(cè)量?jī)x，其特征在于其包括數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路、可編程邏輯器模塊、嵌入式微處理器模塊、儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面、基于頻率法的RLC測(cè)試模塊、偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)、基于直接數(shù)字頻率合成法的任意信號(hào)發(fā)生器其中數(shù)字式存儲(chǔ)示波電路中信號(hào)由通道一或者通道二輸入，經(jīng)過(guò)衰減得到峰峰值為1V的信號(hào)電平，A/D轉(zhuǎn)換的主控芯片是轉(zhuǎn)換速率100M的A D9288，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，得到有效值為8位的數(shù)字信號(hào)輸出；可編程邏輯器模塊，實(shí)現(xiàn)不同的電路及接口功能，基于EDA的單一硬件，多功能測(cè)試技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、數(shù)字頻率計(jì)電路、任意信號(hào)發(fā)生電路、RLC測(cè)試接口電路、掃頻儀電路均采用單一的硬件資源一塊可編程邏輯器件，不同功能模塊的VHDL程序編譯后存放于外部存儲(chǔ)器中，在嵌入式微處理器的控制之下，按指令要求調(diào)入相應(yīng)的軟件?？?，分配不同的I/O接口，實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)試功能，嵌入式微處理器控制模塊采用三星公司的ARM微處理器S3C2410X，采用6層板設(shè)計(jì)，S3C2410X使用ARM920T核，內(nèi)部具有靈活的內(nèi)存處理單元，連接上仿真器，SD卡、U盤、移動(dòng)硬盤、串口、網(wǎng)卡設(shè)備，并有與液晶顯示屏模塊的接口及觸摸屏的I/O接口，設(shè)計(jì)了與A/D轉(zhuǎn)換板的連接；儀器操作系統(tǒng)和觸摸屏圖形工作界面，采用菜單式工作方式，所有參數(shù)輸入和結(jié)果顯示在觸摸屏上進(jìn)行，頂層界面包括了本多功能測(cè)量?jī)x的主菜單，其中包括“示波”、“信號(hào)”、“測(cè)量”、“下載”及“幫助”菜單選項(xiàng)；基于頻率法的RLC測(cè)試模塊，當(dāng)阻抗值變化時(shí)諧振電路的輸出頻率將隨著改變，在系統(tǒng)內(nèi)建立了頻率阻抗對(duì)照表數(shù)據(jù)庫(kù)，從測(cè)得的頻率值直接獲得元件的阻抗值并顯示，利用微處理器功能，對(duì)小阻抗元件和大阻抗元件進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)測(cè)量檔位的自動(dòng)切換和準(zhǔn)確測(cè)量；偽隨機(jī)碼的掃頻測(cè)試系統(tǒng)采用偽隨機(jī)碼輸入測(cè)試電子系統(tǒng)的頻率特，由微處理器產(chǎn)生偽隨機(jī)碼掃頻測(cè)試信號(hào)，輸入電路網(wǎng)絡(luò)，微處理器產(chǎn)生不同頻率和不同碼長(zhǎng)的偽隨機(jī)碼信號(hào)以供測(cè)試不同頻率特性的電路網(wǎng)絡(luò)，電路網(wǎng)絡(luò)的輸出再與偽隨機(jī)碼在微處理器內(nèi)作相關(guān)運(yùn)算和FFT變換，得到被測(cè)電路的頻率特性曲線輸出并顯示；基于直接數(shù)字頻率合成法的任意信號(hào)發(fā)生器，將要生成的信號(hào)在時(shí)間軸上數(shù)字化形成函數(shù)對(duì)照表，該數(shù)據(jù)庫(kù)存放于系統(tǒng)ROM中，當(dāng)要產(chǎn)生該信號(hào)時(shí)，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)從ROM中依次取出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)理后輸出并在液晶屏上顯示。
全文摘要
本發(fā)明提供一種智能綜合電子測(cè)量?jī)x。采用嵌入式微處理器技術(shù)、EDA技術(shù)、平板顯示技術(shù)，將電子實(shí)驗(yàn)常用的數(shù)字存儲(chǔ)示波器、數(shù)字頻率計(jì)、任意信號(hào)發(fā)生器、RLC測(cè)試儀，雙路穩(wěn)壓電源等集成為一體，并采用彩色液晶屏顯示和觸摸屏分級(jí)菜單式操作，實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)。具有如下優(yōu)點(diǎn)功能集成。將電子實(shí)驗(yàn)常用的數(shù)字存儲(chǔ)示波器、數(shù)字頻率計(jì)、任意信號(hào)發(fā)生器、RLC測(cè)試儀，雙路穩(wěn)壓電源等集成為一體；利用可編程邏輯器，實(shí)現(xiàn)儀器的軟件在線更新，便于產(chǎn)品升級(jí)；采用嵌入式微處理器技術(shù)，支持TFT高分辨率彩色液晶顯示，提供觸摸屏控制，使得儀器顯示界面高清晰，儀器操作直觀簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01R15/00GK101021551SQ20061012304
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者余成 申請(qǐng)人:東莞理工學(xué)院