[實用新型]一種多功能虛擬電子儀器

有效

• 申請號: 201621106823.3
• 申請日: 2016-10-09
• 公開（公告）號: CN206210220U
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 趙振宇;王連明;陳菊芳
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電子測量領域，尤其是涉及一種多功能虛擬電子儀器。

背景技術

隨著計算機技術、集成電路技術、電子測量技術的高速發展，電子測量儀器在科學研究、實驗教學以及工業生產中得到了廣泛的應用。傳統的電子測量儀器由于造價昂貴、集成度不高、體積龐大、攜帶不方便等原因，阻礙了其進一步的發展和應用，亟待一種解決方案改善現有電子儀器存在的弊端。

虛擬儀器相比于傳統儀器主要的優點在于應用的靈活性以及功能強大性。在虛擬儀器中，硬件僅用于信號的輸入輸出。這樣不僅減少了元器件的使用，節約了成本，提高了電路集成度，也使硬件體積更小，攜帶更加便捷。因此，虛擬儀器有逐步取代傳統儀器的趨勢。目前我國存在的虛擬電子測量儀器大都體積大、成本高、集成度低、攜帶不方便，或者硬件結構過于簡單，缺少必要的硬件調理電路，因此沒有得到大范圍的推廣和應用。

實驗室是高等院校教學體系的重要組成部分，在培養學生科學素質、動手能力以及創新能力等方面發揮著巨大的作用。但由于實驗室本身場地和課時的限制，使學生對實驗室的一些常用電子測量儀器，例如信號發生器、示波器、萬用表等儀器的使用并不熟練，這要求物理實驗要不斷引入新的實驗方法，建立新的教學模式。

發明內容

為了解決高等院校實驗室存在上述問題，本發明提供了一種多功能虛擬電子儀器。本發明結合虛擬儀器技術優勢，設計出一種結合數字示波器、信號發生器、直流電壓源、直流電壓表、頻率特性儀以及邏輯分析儀功能的虛擬電子儀器。

本發明通過借助計算機強大的數據處理能力，最大程度的減少了硬件的開銷，從而使硬件電路體積更小、價格更加低廉、集成度更高、攜帶更加方便。不僅如此，本發明還拓寬了實驗室的時空概念，打破了傳統電子測試儀器的使用只能局限于實驗室的障礙。只需要擁有一臺計算機，學生便能夠隨時隨地做實驗，讓學生最大限度地利用實驗室資源，能進一步給學生以最大的自由空間，做到真正意義的全開放實驗室。

本發明解決其技術問題的技術方案是：提供了一種多功能虛擬電子儀器，該虛擬電子儀器由人機交互模塊、ARM控制模塊、輸入信號調理模塊、DDS模塊、輸出信號調理模塊、電源模塊以及調試模塊組成。其中人機交互模塊和ARM控制模塊之間通過USB 2.0接口進行通信，ARM控制模塊與輸入信號調理模塊、DDS模塊、輸出信號調理模塊以及調試模塊有電性連接，DDS模塊與輸出信號調理模塊具有電性連接，電源模塊為其他各個模塊提供所需電壓。

所述的人機交互模塊，利用計算機軟件LABVIEW制作上位機界面，能夠實現與下位機相互傳遞信息，從而實現人機交互。具體包括：信號發生器前面板界面設計及背面板程序設計；示波器前面板界面設計及背面板程序設計；直流電壓表前面板界面設計及背面板程序設計；直流電壓源前面板界面設計及背面板程序設計；頻率特性儀前面板界面設計及背面板程序設計；邏輯分析儀前面板界面設計及背面板程序設計。

所述的ARM控制模塊，采用ST公司生產的STM32F103系列單片機，負責與人機交互模塊進行通信；負責通過片內ADC實現對輸入信號調理模塊調理后的信號進行采樣；以及控制DDS模塊、輸出信號調理模塊產生所需要的特定幅值、相位、頻率、直流偏置的各種波形。

所述的DDS模塊，負責輸出頻率、相位可調的正弦波、方波、三角波。DDS模塊主要是通過器件AD9833實現的，輸出信號的電壓幅值為600mV。

所述的輸出信號調理模塊，具體包括幅值衰減電路、模數轉換電路、差分放大電路，用于對DDS模塊輸出的600mV信號進行幅值調節和直流偏置，從而能夠輸出幅值范圍在-4V～4V之間，直流偏置電壓可調的正弦波、方波、三角波。

所述的輸入信號調理模塊，具體包括：開關電路、電壓跟隨器電路以及幅值調節電路，主要用于對幅值范圍在-5V～5V外部輸入信號進行幅值調節，使經過調理后的信號能直接被ARM控制模塊的片內ADC采樣。

所述的電源模塊，能夠產生5V，-5V，3.3V，2V四直流種電壓，為其他各個模塊提供各自所需電壓。所述的調試模塊，包括串口模塊、程序下載模塊、按鍵開關和貼片LED，這些模塊是為了使儀器更加方便調試和使用。