[發(fā)明專利]虛擬電子測量儀器集成系統(tǒng)之示波器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210365497.8
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102879622A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張秉仁;林君;韋建榮;李冶;趙吉祥;宋延轍;錢述進
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本技術(shù)發(fā)明是一種虛擬示波器，涉及虛擬儀器和電子測量技術(shù)及儀器領(lǐng)域，具體講是一種以計算機為硬件平臺核心，基于虛擬電子測量儀器集成系統(tǒng)總線VIIS-EM(Virtual?Instrument?Integration?System?for?Electronic?Measuring)，由系統(tǒng)控制器控制，用軟件方法生成的虛擬示波器。

背景技術(shù)：

(1)示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器。它能把肉眼看不見的電信號變換成清晰可見的圖象，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過程。利用示波器能觀察各種信號幅度隨時間變化的波形曲線，還可以測試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。

(2)虛擬儀器技術(shù)是計算機技術(shù)和儀器技術(shù)的深層次結(jié)合，其以計算機為軟硬件基礎(chǔ)平臺，利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成測試、測量任務(wù)。儀器的操作、測量、控制、分析和顯示等功能均由軟件來實現(xiàn)，通過修改軟件即可修改或增減儀器的功能，充分體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的概念和技術(shù)理念。虛擬儀器是一種可實現(xiàn)各種測試儀器和各種儀器測試功能的技術(shù)，以其性價比高、靈活性好、速度快等優(yōu)勢成為儀器儀表領(lǐng)域的研究熱點。

(3)“虛擬電子測量儀器集成系統(tǒng)”是吉林大學(xué)虛擬儀器實驗室自主研發(fā)的一種由計算機操縱的模塊化儀器集成系統(tǒng)，系統(tǒng)采用“一個控制器加多個儀器模塊”的體系結(jié)構(gòu)和設(shè)計思想，將各類通用的電子測量儀器模塊化、板卡化，通過自定義專用儀器總線VIIS-EM集成到一個3U機箱中。

(4)VIIS-EM總線和系統(tǒng)控制器是虛擬電子測量儀器集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。VIIS-EM總線是專門為虛擬電子測量儀器集成系統(tǒng)定義的一種總線，系統(tǒng)控制器負責命令的解析與數(shù)據(jù)的傳輸，控制各功能模塊協(xié)調(diào)工作，并通過USB2.0接口與計算機通信。系統(tǒng)儀器模塊包括任意波形/函數(shù)信號發(fā)生器、虛擬示波器、虛擬頻譜分析儀、虛擬頻率計數(shù)器、虛擬邏輯分析儀、LCR測試儀、頻率特性測試儀、集成電路測試儀等一系列電子測量儀器。

發(fā)明內(nèi)容

1.技術(shù)問題與本發(fā)明的目的

(1)傳統(tǒng)的模擬示波器和數(shù)字示波器均以硬件結(jié)構(gòu)為核心，結(jié)構(gòu)封閉、靈活性不強、復(fù)雜功能實現(xiàn)困難、集成測試能力、數(shù)據(jù)管理和信號處理與分析能力仍然較差。本項技術(shù)發(fā)明所介紹的虛擬示波器可解決上述問題，采用以軟件為核心的虛擬儀器技術(shù)是解決這一問題的優(yōu)選方案；

(2)電子測量工作中，需要時間域、頻率域、數(shù)字域和信號源等各類電子測量儀器配合協(xié)同工作，因此將各類電子測量儀器集成于一個統(tǒng)一的平臺之上是電子測量儀器的發(fā)展趨勢，采用虛擬儀器總線技術(shù)實現(xiàn)這一系統(tǒng)集成是最為有效的技術(shù)方案。虛擬示波器是“虛擬電子測量儀器集成系統(tǒng)”的模塊化儀器之一。

2.本發(fā)明的具體內(nèi)容

本技術(shù)發(fā)明是基于虛擬電子測量儀器集成系統(tǒng)總線VIIS-EM和系統(tǒng)控制器而設(shè)計的一種示波器，所采取的技術(shù)方案由具有虛擬示波器應(yīng)用程序的pc機和數(shù)據(jù)采集部分構(gòu)成。

虛擬示波器硬件結(jié)構(gòu)

虛擬示波器硬件結(jié)構(gòu)由信號調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、并行數(shù)據(jù)處理模塊、觸發(fā)電路模塊、總線接口通信模塊等五部分組成。

(1)信號調(diào)理模塊：將輸入的模擬信號調(diào)整到ADC所能識別的合適的電壓范圍內(nèi)，由高阻衰減、阻抗變換、差分變換等部分組成，各部分通過微控制器和FPGA實現(xiàn)實時控制。

(2)A/D轉(zhuǎn)換模塊：兩塊雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每塊A/D的兩個通道采用并行交替采樣，做為示波器數(shù)據(jù)采集通道，是外界模擬信號與可處理的數(shù)字信號之間的橋梁，該模塊是整個示波器的核心。

(3)并行數(shù)據(jù)處理模塊：轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過FPGA設(shè)計的數(shù)據(jù)選擇器統(tǒng)一存入FPGA內(nèi)部的FIFO中，F(xiàn)IFO做為一種簡單的先入先出型數(shù)據(jù)緩存器，在不同時鐘域之間實現(xiàn)傳輸。

(4)觸發(fā)電路模塊：觸發(fā)電路控制每次采集的起始位置，使用戶觀察到穩(wěn)定的波形。通道信號或外觸發(fā)信號通過一個多路選擇器，由微處理器選擇一路作為觸發(fā)信號源，再通過信號整形電路輸入給FPGA，進行時序控制。

(5)總線接口通信模塊：微處理器通過雙口RAM實現(xiàn)系統(tǒng)總線接口的通信。微處理器負責系統(tǒng)的初始化(包括向雙口RAM寫入配置信息、設(shè)置電路初始狀態(tài))并分析和處理總線發(fā)送過來的命令，控制相應(yīng)的電路單元。

虛擬示波器軟件結(jié)構(gòu)

虛擬示波器軟件主要包括應(yīng)用程序和驅(qū)動程序兩個層次。