专利名称：智能综合电子测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术、计算机技术、仪器仪表技术，具体是一种智能综合电子测量仪。
背景技术：
现有的通用电子测量仪器功能单一、体积大、笨重，采用数码管或阴极射线管显示数据或图像，灵活性不好、稳定性差，操作面板旋纽、按键多，不易掌握。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种智能综合电子测量仪。采用嵌入式微处理器技术、EDA技术、平板显示技术，将电子实验常用的数字存储示波器、数字频率计、任意信号发生器、RLC测试仪，双路稳压电源等集成为一体，并采用彩色液晶屏显示和触摸屏分级菜单式操作，实现智能化检测。
本发明的智能综合电子测量仪包括数字式存储示波电路、可编程逻辑器模块、嵌入式微处理器模块、仪器操作系统和触摸屏图形工作界面、基于频率法的RLC测试模块、伪随机码的扫频测试系统、基于直接数字频率合成法的任意信号发生器。
其中数字式存储示波电路中信号由通道一或者通道二输入，经过衰减得到峰峰值为1V的信号电平；A/D转换的主控芯片是转换速率100M的A D9288，模拟信号经过转换，得到有效值为8位的数字信号输出。
可编程逻辑器模块，实现不同的电路及接口功能，基于EDA的单一硬件，多功能测试技术数字存储示波器的高速数据采集存储、数字频率计电路、任意信号发生电路、RLC测试接口电路、扫频仪电路均采用单一的硬件资源一块可编程逻辑器件。不同功能模块的VHDL程序编译后存放于外部存储器中，在嵌入式微处理器的控制之下，按指令要求调入相应的软件模快，分配不同的I/O接口，实现不同的测试功能。
嵌入式微处理器控制模块采用三星公司的ARM微处理器S3C2410X，采用6层板设计，S3C2410X使用ARM920T核，内部具有灵活的内存处理单元，连接上仿真器，SD卡、U盘、移动硬盘、串口、网卡设备，并有与液晶显示屏模块的接口及触摸屏的I/O接口，设计了与A/D转换板的连接。
仪器操作系统及界面设计模块仪器操作系统和触摸屏图形工作界面，采用菜单式工作方式，所有参数输入和结果显示在触摸屏上进行，顶层界面包括了本多功能测量仪的主菜单，其中包括“示波”、“信号”、“测量”、“下载”及“帮助”菜单选项。
基于频率法的RLC测试模块，当阻抗值变化时谐振电路的输出频率将随着改变，在系统内建立了频率阻抗对照表数据库，从测得的频率值直接获得元件的阻抗值并显示。利用微处理器功能，对小阻抗元件和大阻抗元件进行自动识别，实现测量档位的自动切换和准确测量。
伪随机码的扫频测试系统采用伪随机码输入测试电子系统的频率特，由微处理器产生伪随机码扫频测试信号，输入电路网络，微处理器产生不同频率和不同码长的伪随机码信号以供测试不同频率特性的电路网络，电路网络的输出再与伪随机码在微处理器内作相关运算和FFT变换，得到被测电路的频率特性曲线输出并显示。
基于直接数字频率合成法的任意信号发生器，将要生成的信号在时间轴上数字化形成函数对照表，该数据库存放于系统ROM中，当要产生该信号时，将对应的数据从ROM中依次取出经D/A转换、信号调理后输出并在液晶屏上显示。
本发明与现有技术相比具有如下优点1、功能集成。将电子实验常用的数字存储示波器、数字频率计、任意信号发生器、RLC测试仪，双路稳压电源等集成为一体。
2、利用可编程逻辑器，实现仪器的软件在线更新，便于产品升级。
3、采用嵌入式微处理器技术，支持TFT高分辨率彩色液晶显示，提供触摸屏控制，使得仪器显示界面高清晰，仪器操作直观简单。
图1为本智能综合电子测量仪的各模块连接关系2为本智能综合电子测量仪的面板操作界面3为数字式存储示波电路框图；图4可编程逻辑器模块框图；图5为嵌入式微处理器控制模块框图；图6-1为仪器操作系统和触摸屏图形工作界面图形菜单工作界面顶层界面菜单示意图；图6-2为仪器操作系统和触摸屏图形工作界面图形菜单工作界面示波界面菜单示意图；图6-3为仪器操作系统和触摸屏图形工作界面图形菜单工作界面测量界面菜单示意图；图6-4为仪器操作系统和触摸屏图形工作界面图形菜单工作界面信号发生界面菜单示意图；图6-5为仪器操作系统和触摸屏图形工作界面图形菜单工作界面下载界面菜单示意图；图7为基于频率法的RLC测试模块对电阻、电容的测量采用由时基电路555构成的多谐振荡器的电路框图；图8为基于频率法的RLC测试模块对电感的测量则采用压控振荡器芯片1648构成振荡电路，具体电路框图；图9为伪随机码的扫频测试系统电路框图；图10为基于直接数字频率合成法的任意信号发生器的工作原理框具体实施例方式本发明的智能综合电子测量仪包括数字式存储示波电路、可编程逻辑器模块、嵌入式微处理器模块、仪器操作系统和触摸屏图形工作界面、基于频率法的RLC测试模块、采用伪随机码的扫频测试系统和基于直接数字频率合成法的任意信号发生器。其中本智能综合测量仪的面板设计如图2所示，而电子测量仪的各模块连接关系图如图1所示；其中各英文字母含意如下A模拟信号；B调理信号；C输入信号的参数；D模数转换后的信号；EFPGA产生的信号；FD/A转换的启动信号；G数模转换后的信号；H模拟信号；I数据传输；J互控信号；K被测频率；LUSB ARM在线更新；M数据传输；N互控信号O被测RLC值；P并口下载；Q测频电路下线更新；RMCU下线更新；SFPGA下线更新；T220V交流电入口；U内部电源输出；V两路可调电源输出。
1、数字式存储示波电路，用于对测量信号进行双通道数据采集、显示和存储；数字式存储示波电路框图如图3所示，信号由通道一或者通道二输入，经过衰减得到峰峰值为1V的信号电平；A/D转换的主控芯片是转换速率100M的A D9288，模拟信号经过转换，得到有效值为8位的数字信号输出。
采用数字式存储示波电路可使实时采样速率达到100M，采用等效采样技术使等效采样速率达到1G以上。
2、可编程逻辑器模块，实现不同的电路及接口功能。
可编程逻辑器模块框图如图4所示，基于EDA的单一硬件，多功能测试技术数字存储示波器的高速数据采集存储、数字频率计电路、任意信号发生电路、RLC测试接口电路、扫频仪电路均采用单一的硬件资源一块可编程逻辑器件。不同功能模块的VHDL程序编译后存放于外部存储器中，在嵌入式微处理器的控制之下，按指令要求调入相应的软件模快，分配不同的I/O接口，实现不同的测试功能。
EDA的主控芯片是ACEX 1K100，RLC测试电路将测得的RLC值转换为频率值后传给FPGA；频率测试电路的作用是测量输入信号的频率；多功能下载电路提供了程序的即时更新，通过下载不同的程序，可编程逻辑实现不同的电路及接口功能。
3、嵌入式微处理器控制模块嵌入式微处理器控制模块框图如图5所示，本系统采用三星公司的ARM微处理器S3C2410X，采用6层板设计，S3C2410X使用ARM920T核，内部具有灵活的内存处理单元，可以方便地连接上仿真器，SD卡、U盘、移动硬盘、串口、网卡等即插即用设备，并有与液晶显示屏模块的接口及触摸屏的I/O接口，设计了与A/D转换板的连接，可以保证在100M频率下的数据采集和存储。研制了相应的数据采集和存储软件。
说明本嵌入式系统板集成模块有USB模块、POWER&JTAG模块、Nand Flash模块、IDE模块、UART模块、Audio模块、EXI-BUS模块、Net模块、LCD模块等模块.
各信号接口定义如表1所示表1
4、仪器操作系统和触摸屏图形工作界面图形菜单工作界面顶层菜单如图6-1所示，各分层菜单如6-2至6-5所示。设计了仪器操作系统和触摸屏图形工作界面，采用菜单式工作方式，提示清楚，明确，所有参数输入和结果显示在触摸屏上进行，操作简便、直观，取消了传统电子测量仪上的大部分按键、旋纽。使仪器的使用更为简便，易学、易于掌握。
说明顶层界面图6-1，包括了本多功能测量仪的主菜单，其中包括“示波”、“信号”、“测量”、“下载”及“帮助”菜单选项。
5、基于频率法的RLC测试模块R、L、C作为谐振电路中的一个元件，当阻抗值变化时谐振电路的输出率将随着改变，在系统内建立了频率阻抗对照表数据库，从测得的频率值直接获得元件的阻抗值并显示。利用本系统强大的微处理器功能，对小阻抗元件和大阻抗元件进行自动识别，实现测量档位的自动切换和准确测量。与传统的伏安法、电桥法比较测量快速、准确、方便。
1)对电阻、电容的测量采用由时基电路555构成的多谐振荡器，具体电路框图如图7被测电阻R或被测电容C作为由555构成的R、C振荡电路的元件，根据阻值范围或电容范围自动选择匹配电容或电阻产生稳定的振荡频率，微处理器按事先存放的频率阻抗对照表数据库确定元件的电阻或电容值并输出显示。
2)对电感的测量则采用压控振荡器芯片1648构成振荡电路，具体电路框图如图7被测电感L作为由1648构成的L，C振荡电路的元件，根据电感L的大小自动选择不同的匹配电容，产生稳定的振荡频率，事先测试并在微处理器中建立了电感频率对照表数据库，按测得的振荡频率确定元件的电感值并输出显示。
6、伪随机码的扫频测试系统伪随机码的扫频测试系统电路框图如图9所示，传统扫频仪采用频率自低至高变化的扫频信号，扫频信号发生电路复杂、扫频范围窄，难以获得准确的系统频率特性曲线。本系统采用伪随机码输入测试电子系统的频率特性。
由微处理器产生伪随机码扫频测试信号，输入电路网络，微处理器可以产生不同频率和不同码长的伪随机码信号以供测试不同频率特性的电路网络，电路网络的输出再与伪随机码在微处理器内作相关运算和FFT变换，得到被测电路的频率特性曲线输出并显示。
7、基于直接数字频率合成法的任意信号发生器此任意信号发生器的工作原理框图如图10所示，首先将要生成的信号在时间轴上数字化形成函数对照表，该数据库存放于系统ROM中，当要产生该信号时，将对应的数据从ROM中依次取出经D/A转换、信号调理后输出并在液晶屏上显不。
由触摸屏的软键盘输入频率值，确定相应的K值，从FPGA中建立的ROM数据库中调出数据进行D/A转换，再通过低通滤波器输出。
数字信号经FPGA内部产生后，经通道选择传给DA转换，得到的模拟信号经调理可输出。D/A转换主芯片是AD5428，转换速度是20M。
以上所述实施例仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限制本发明的保护范围，故凡依本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
权利要求
1.智能综合电子测量仪，其特征在于其包括数字式存储示波电路、可编程逻辑器模块、嵌入式微处理器模块、仪器操作系统和触摸屏图形工作界面、基于频率法的RLC测试模块、伪随机码的扫频测试系统、基于直接数字频率合成法的任意信号发生器其中数字式存储示波电路中信号由通道一或者通道二输入，经过衰减得到峰峰值为1V的信号电平，A/D转换的主控芯片是转换速率100M的A D9288，模拟信号经过转换，得到有效值为8位的数字信号输出；可编程逻辑器模块，实现不同的电路及接口功能，基于EDA的单一硬件，多功能测试技术数字存储示波器的高速数据采集存储、数字频率计电路、任意信号发生电路、RLC测试接口电路、扫频仪电路均采用单一的硬件资源一块可编程逻辑器件，不同功能模块的VHDL程序编译后存放于外部存储器中，在嵌入式微处理器的控制之下，按指令要求调入相应的软件模快，分配不同的I/O接口，实现不同的测试功能，嵌入式微处理器控制模块采用三星公司的ARM微处理器S3C2410X，采用6层板设计，S3C2410X使用ARM920T核，内部具有灵活的内存处理单元，连接上仿真器，SD卡、U盘、移动硬盘、串口、网卡设备，并有与液晶显示屏模块的接口及触摸屏的I/O接口，设计了与A/D转换板的连接；仪器操作系统和触摸屏图形工作界面，采用菜单式工作方式，所有参数输入和结果显示在触摸屏上进行，顶层界面包括了本多功能测量仪的主菜单，其中包括“示波”、“信号”、“测量”、“下载”及“帮助”菜单选项；基于频率法的RLC测试模块，当阻抗值变化时谐振电路的输出频率将随着改变，在系统内建立了频率阻抗对照表数据库，从测得的频率值直接获得元件的阻抗值并显示，利用微处理器功能，对小阻抗元件和大阻抗元件进行自动识别，实现测量档位的自动切换和准确测量；伪随机码的扫频测试系统采用伪随机码输入测试电子系统的频率特，由微处理器产生伪随机码扫频测试信号，输入电路网络，微处理器产生不同频率和不同码长的伪随机码信号以供测试不同频率特性的电路网络，电路网络的输出再与伪随机码在微处理器内作相关运算和FFT变换，得到被测电路的频率特性曲线输出并显示；基于直接数字频率合成法的任意信号发生器，将要生成的信号在时间轴上数字化形成函数对照表，该数据库存放于系统ROM中，当要产生该信号时，将对应的数据从ROM中依次取出经D/A转换、信号调理后输出并在液晶屏上显示。
全文摘要
本发明提供一种智能综合电子测量仪。采用嵌入式微处理器技术、EDA技术、平板显示技术，将电子实验常用的数字存储示波器、数字频率计、任意信号发生器、RLC测试仪，双路稳压电源等集成为一体，并采用彩色液晶屏显示和触摸屏分级菜单式操作，实现智能化检测。具有如下优点功能集成。将电子实验常用的数字存储示波器、数字频率计、任意信号发生器、RLC测试仪，双路稳压电源等集成为一体；利用可编程逻辑器，实现仪器的软件在线更新，便于产品升级；采用嵌入式微处理器技术，支持TFT高分辨率彩色液晶显示，提供触摸屏控制，使得仪器显示界面高清晰，仪器操作直观简单。
文档编号G01R15/00GK101021551SQ20061012304
公开日2007年8月22日 申请日期2006年10月27日 优先权日2006年10月27日
发明者余成 申请人:东莞理工学院