基于fpga与msp430的数字多功能信号参数测试装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，采用以MSP430 为主，FPGA 为辅的处理系统框架，将MSP430F5529 作为控制处理核心、FPGA 作为信号处理单元，结合MSP430 的高效控制系统与FPGA 的高速运算能力，实现了对正弦波频率、两路方波信号时间间隔以及矩形脉冲占空比的多功能信号参数测试，并通过按键进行数据的刷新，避免了历史数据未及时记录而带来的麻烦，所有的数据通过按键进行刷新，装置测量结果稳定时间小于2s。
【专利说明】
基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、单片机开发技术、数字电路技术、模电电路技术，特别是一种基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置。
【背景技术】
[0002]信号参数测试仪是测量待测电路信号参数的的测试仪器，衡量其品质的主要参考依据主要有:可测信号频带宽度、可测信号电压幅度、可测参数精确度、可测参数功能种类等。
[0003]现有技术中与本申请提案最为接近的其中一种技术方案是一种交流信号参数测试装置(专利公开号:CN201413357Y)，该装置包括AD采集单元、DSP数据处理单元、CPLD控制单元和显示单元，所述AD采集单元由ADC芯片构成，输入端为测试表笔，输出采样数据给DSP数据处理单元;所述DSP数据处理单元由DSP芯片和外围电路构成，输入为AD采集单元的采样数据，输出处理后的数据和地址、控制信息给CPLD控制单元;所述CPLD控制单元由CPLD芯片构成，输入与DSP数据处理单元相连，输出与显示单元相连;所述显示单元由四个BCD码转换芯片和四个LED七段数码管构成，输入与CPLD控制单元相连。该技术方案可以通过拨键控制显示交流信号的幅度、均值和频率参数。测试信号种类及功能单一，可测频带宽度(即可测信号频率范围)较窄，测试结果精度不够高。
[0004]现有技术方案存在四处主要的技术缺陷。第一、该测试装置在测试信号种类及功能单一，只能测试交流信号的频率、幅度等参数;第二、该测试装置在测量精度方面需要进一步提高，该方案采用AD采样的方式进行信号的采集与数据判断，由于受AD芯片采样精度的限制，该装置的测量精度受到了大大的限制;可测信号频率范围较窄；第四，该测试装置响应时间的较长。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，以克服现有技术中存在的缺陷。
[0006]为实现上述目的，本实用新型的技术方案是:一种基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，包括:用于测量正弦波频率的第一接口电路，与所述第一接口电路相连的放大电路，与所述放大电路相连的整形电路，用于测量方波时间间隔的第二接口电路，与所述第二接口电路相连的第一 0PA847电路，与所述第一 0PA847电路相连的第一限幅电路，用于测量脉冲信号占空比第三接口电路，与所述第三接口电路相连的第二0PA847电路，与所述第二 0PA847电路相连的第二限幅电路，分别与所述整形电路、所述第一限幅电路以及所述第二限幅电路相连的FPGA信号处理电路，与所述FPGA信号处理电路相连的MSP430F5529控制处理电路以及分别与所述MSP430F5529控制处理电路相连的键盘电路以及显示屏电路。
[0007]在本实用新型一实施例中，所述放大电路包括一第三0PA847电路，所述整形电路还包括依次相连的一比较器LM339以及一施密特触发器，所述比较器LM339与所述第三0PA847电路匹配。
[0008]在本实用新型一实施例中，所述放大电路还包括一比较器LM 393，所述整形电路还包括一第三限幅电路，所述第三限幅电路与所述较器LM 393匹配。
[0009]在本实用新型一实施例中，所述放大电路还包括依次相连的一第四0PA847电路以及第五0PA847电路，所述整形电路还包括一第四限幅电路，所述第四限幅电路与所述第五0PA847电路匹配。
[0010]在本实用新型一实施例中，所述显示屏电路包括一0LED12864。
[0011]在本实用新型一实施例中，所述FPGA信号处理电路与所述MSP430F5529控制处理电路通过SPI总线连接。
[0012]相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果:本实用新型采用以MSP430为主FPGA为辅的处理系统框架，将MSP430F5529作为控制处理核心、FPGA作为信号处理单元，利用FPGA的高速运算能力，实现测量正弦波频率、方波时间间隔、脉冲信号占空比的功能。目标可测得有效值电压范围为50mV?IV正弦波信号的频率范围为IHz?50MHz，误差小于10-4;可测得峰峰值电压范围为50mV?IV、频率范围为1Hz?IMHz的两路方波信号的时间间隔范围为0.1us?100ms，误差小于0.28%;可测得峰峰值电压范围为50mV?IV、频率范围为IHz?25MHz矩形脉冲信号的占空比范围为10%到90%，误差小于1%。可同时实现超前或滞后的两路方波信号时间间隔的测量，误差最大值仅为0.28%。采用等精度测频法，测量的时间闸门为ls，测量速度快。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型中基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置的原理图。
[0014]图2是本实用新型中两级0PA847放大器电路原理图。
[0015]图3是本实用新型中TTL方波整形电路原理图。
[0016]图4是本实用新型中思密特触发器整形电路。
[0017]图5是本实用新型中基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置进行测量时的主程序流程图。
[0018]图6是本实用新型中FPGA信号处理电路的RTL综合结果图。
[0019]图7是本实用新型中FPGA信号处理电路的程序流程图。
[0020]图8是未处理前第二路信号超前于第一路信号的情况波形图。
[0021 ]图9是未处理前第二路信号滞后于第一路信号的情况波形图。
[0022]图10是本实施例后第二路信号滞后于第一路信号的情况的波形图。
[0023]图11是本实施例后第二路信号超前于第一路信号的情况的波形图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
[0025]本实用新型提供一种基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，如图1所示，该装置采用以MSP430为主FPGA为辅的处理系统框架，将MSP430F5529作为控制处理核心、FPGA作为信号处理单元，利用FPGA的高速运算能力，实现测量正弦波频率、方波时间间隔、脉冲信号占空比的功能。包括:用于测量正弦波频率的第一接口电路，与第一接口电路相连的放大电路，与放大电路相连的整形电路，用于测量方波时间间隔的第二接口电路，与第二接口电路相连的第一 0PA847电路，与第一 0PA847电路相连的第一限幅电路，用于测量脉冲信号占空比第三接口电路，与第三接口电路相连的第二0PA847电路，与第二0PA847电路相连的第二限幅电路，分别与整形电路、第一限幅电路以及第二限幅电路相连的FPGA信号处理电路，与FPGA信号处理电路相连的MSP430F5529控制处理电路以及分别与MSP430F5529控制处理电路相连的键盘电路以及显示屏电路。在本实施例中，由于本方案所用的控制器(MSP430与FPGA)都是只能识别2v~3.5v的数字信号，所以需要在信号接入控制器前进行数字信号调理，将原本输入信号调理成控制器可识别的幅段。
[0026]为提高本装置的频率测量范围，本装置分设低频测量部分、中频测量部分及高频测量部分。如图2?图4所不。
[0027]在本实施例中，放大电路包括一第三0PA847电路，整形电路还包括依次相连的一比较器LM339以及一施密特触发器，比较器LM339与第三0PA847电路匹配。低频信号测评先将小信号调理至200mV以上，采用的宽带运放0PA847，再通过LM339比较器和施密特触发器处理送入FPGA测频，就可测量到精确的频率。
[0028]放大电路还包括一比较器LM 393，整形电路还包括一第三限幅电路，第三限幅电路与较器LM 393匹配。中频信号测评先将输入信号经过比较器LM393进行整形，整形后的波形通过限幅送入FPGA即可进行测频。
[0029]放大电路还包括依次相连的一第四0PA847电路以及第五0PA847电路，整形电路还包括一第四限幅电路，第四限幅电路与第五0PA847电路匹配。高频信号通过两级0PA847进行增益放大通过限幅后送入FPGA，即可进行测频。
[0030]在本实施例中，显示屏电路包括一0LED12864。
[0031]在本实施例中，FPGA信号处理电路与MSP430F5529控制处理电路通过SPI总线连接。
[0032]为了让本领域技术人员进一步了解本实用新型所提出的一种基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，下面结合现有软件以及控制方法进行说明，在该说明过程中所涉及的现有软件以及控制方法均不是本实用新型所保护的客体，本实用新型仅保护该装置的器件及其之间的连接关系。
[0033]主程序流程图如图5所示，本系统主要有测正弦波频率、测两路方波间隔时间、测矩形脉冲占空比的功能。当按下相应按键时，单片机将控制FPGA对信号进行对应的处理，以实现对测正弦波频率、两路方波间隔时间、矩形脉冲占空比的测量。当测量结束时，FPGA将把测量值通过SPI通信方式传输至单片机中，由单片机进行最终计算以及0LED12864显示。
[0034]MSP430F5529单片机部分分为四个模块，分别为:初始化模块、中断模块、SPI模块、显示模块在。单片机作为系统的核心控制中心，由按键模块进行不同功能的选择，由单片机控制FPGA进行不同参数的测量，返回给单片机后再0LED12864液晶屏上显示。
[0035]FPGA部分主要包含顶层模块、高频等精度测量模块、时间间隔测量模块、高电平时间测量模块、低电平时间测量模块、SPI通信模块等，FPGA模块的RTL综合结果如图6所示，程序流程图如图7所示。顶层模块的作用主要是根据单片机给定的数据选择值，调用高频等精度测量模块、时间间隔测量模块、高电平时间测量模块、低电平时间测量模块，最终将所需的数据由SPI通信模块发送给单片机。由于等精度测量适用于高频信号的采样，而在低频信号方面误差较大，因此本装置采用高频测频、低频测周的方法。
[0036]现有的时间间隔测量方式多采用第一路信号(下简称信号A)低电平期间开始计数，高电平清零，并在第二路信号(下简称信号B)下降沿期间发送数据的方法来实现对两路方波信号时间间隔的测量。经理论验证与实际测试，该种方法只能适用于对B信号超前于A信号的情况下才能使用，否则无法正确测量时间间隔。B超前于A的情况及B滞后于A的情况的模拟波形图如图8以及图9所示。本装置采用先以1.5分频信号B再测量两路时间间隔的方法，以此同时实现对超前或滞后的两路方波信号时间间隔的测量，如图10以及图11所示。
[0037]以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，其特征在于，包括:用于测量正弦波频率的第一接口电路，与所述第一接口电路相连的放大电路，与所述放大电路相连的整形电路，用于测量方波时间间隔的第二接口电路，与所述第二接口电路相连的第一0PA847电路，与所述第一 0PA847电路相连的第一限幅电路，用于测量脉冲信号占空比第三接口电路，与所述第三接口电路相连的第二0PA847电路，与所述第二0PA847电路相连的第二限幅电路，分别与所述整形电路、所述第一限幅电路以及所述第二限幅电路相连的FPGA信号处理电路，与所述FPGA信号处理电路相连的MSP430F5529控制处理电路以及分别与所述MSP430F5529控制处理电路相连的键盘电路以及显示屏电路。2.根据权利要求1所述的基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，其特征在于，所述放大电路包括一第三0PA847电路，所述整形电路还包括依次相连的一比较器LM339以及一施密特触发器，所述比较器LM339与所述第三0PA847电路匹配。3.根据权利要求1所述的基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，其特征在于，所述放大电路还包括一比较器LM 393，所述整形电路还包括一第三限幅电路，所述第三限幅电路与所述较器LM 393匹配。4.根据权利要求1所述的基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，其特征在于，所述放大电路还包括依次相连的一第四0PA847电路以及第五0PA847电路，所述整形电路还包括一第四限幅电路，所述第四限幅电路与所述第五0PA847电路匹配。5.根据权利要求1所述的基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，其特征在于，所述显示屏电路包括一 0LED12864。6.根据权利要求1所述的基于FPGA与MSP430的数字多功能信号参数测试装置，其特征在于，所述FPGA信号处理电路与所述MSP430F5529控制处理电路通过SPI总线连接。
【文档编号】G01R23/16GK205539191SQ201620176508
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】任欢, 连丽红, 颜逾越, 谢思宇, 黄记毅
【申请人】厦门大学嘉庚学院