Usb接口多功能仪器的制造方法
【专利摘要】USB接口多功能仪器，包括单片机系统1、单片机系统2、USB接口、触发输入接口、数字量输入/输出接口、采样时钟输入/输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口、LCD显示输出接口。本发明设计USB接口多功能仪器优势在于通过USB接口配置不同的程序，实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器、数字信号发生器、频率发生器、模拟信号发生器、数字示波器、数字电压表；以及单片机系统1和单片机系统2组合实现混合信号示波器、数据记录器等功能。LCD显示接口输出各功能提示信息。USB接口多功能仪器支持热插拔、实时高速传输数据；实时采样频率可选择配置[1MHz，100MHz]；支持外部触发输入和外部采样时钟输入；采用双处理器架构、扩展仪器功能灵活、性价比高。
【专利说明】USB接口多功能仪器
【技术领域】
[0001]本发明涉及USB接口、数字信号处理、模拟信号处理、微处理器控制领域，尤其是属于USB接口多功能仪器。
【背景技术】
[0002]USB (Universal Serial BUS)通用串行总线:是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。从1994年11月11日发表了 USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为3.0版本，成为目前电脑中的标准扩展接口。目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0，各USB版本间能很好的兼容。USB1.1的最高传输速率为12Mbps，USB2.0最高传输速率是480Mbps，USB3.0最高传输速率是5Gbps。
[0003]逻辑分析仪:利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定。由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级，通常只显示两个电压(逻辑I和O)，因此设定了参考电压后，逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定，高于参考电压者为High,低于参考电压者为Low,在High与Low之间形成数字波形。
[0004]数字示波器:数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。
[0005]信号发生器:一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。包括数字信号发生器和模拟信号发生器。
[0006]频率计数器:又称为频率计，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。
[0007]脉冲计数器:数字系统中用得较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。
[0008]数字电压表:利用模-数转换原理测量电压值，并以数字形式显示测量结果的仪表。
[0009]传统的仪器一般都是单一功能，或者是数字示波器和逻辑分析仪组合在一起形成混合信号示波器。导致测试平台上摆放着很多仪器，占用空间大，连接线路复杂，每台仪器都价格昂贵。
【发明内容】
[0010]本发明设计USB接口多功能仪器优势在于提供双处理器架构，扩展仪器功能灵活、性价比高。灵活性在于通过USB接口配置不同的程序，实现不同的功能组合，具有广阔的应用前景。
[0011]本发明的有益效果在于:
[0012]1、灵活的USB接口配置程序，实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器、数字信号发生器、频率发生器、模拟信号发生器、数字示波器、数字电压表、混合信号示波器、数据记录器等功能。
[0013]2、人性化设计，不同仪器功能下IXD显示不同功能仪器的提示。
[0014]3、采样时钟可选择来自内部时钟还是外部时钟，实时采样频率可配置[1MHz，IOOMHz]。
[0015]4、支持外部触发输入，触发类型包括高电平、低电平、上升沿、下降沿。
[0016]3、USB接口实现高速数据传输，USB总线供电、支持热插拔、即插即用。
[0017]4、本发明设备轻便，不需要单独的电源供电，携带方便，既适合实验室使用，也适用于出差或野外使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1本发明结构原理框图
[0019]图2本发明单片机系统I实现逻辑分析仪程序流程框图
[0020]图3本发明单片机系统2实现示波器程序流程框图
【具体实施方式】
[0021]如图1所示为本发明结构原理框图。
[0022]包括单片机系统1、单片机系统2、USB接口、触发输入接口、数字量输入/输出接口、采样时钟输入/输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口、IXD显示输出接口。
[0023]其中单片机系统I包含USB接口模块、RAM程序执行模块、主控FIFO配置模块、触发输入模块、时钟输入/输出模块、数字量处理模块。
[0024]单片机系统2包含USB接口模块、RAM程序执行模块、从属FIFO配置模块、时钟输入模块、模数转换模块、模拟量处理模块、阻抗匹配和分压电路模块、运算放大器跟随电路、偏置电压电路。
[0025]单片机系统I数字量处理模块和数字量输入接口，实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器等功能；
[0026]单片机系统I数字量处理模块和数字量输出接口，实现数字信号发生器、频率发生器等功能；
[0027]单片机系统I数字量处理模块和模拟量输出接口，实现模拟信号发生器；
[0028]单片机系统2模拟量处理模块和模拟量输入接口，实现数字示波器、数字电压表等功能；
[0029]单片机系统I和单片机系统2组合实现混合信号示波器、数据记录器等功能。
[0030]以下结合附图2和附图3对本发明的逻辑分析仪和数字示波器【具体实施方式】进行详细说明，其他仪器功能通过USB配置不同程序，同理实现。
[0031]首先连接USB接口，通过USB集线器模块单片机系统I和单片机系统2上电或复位启动引导程序开始工作。
[0032]单片机系统I进行初始化功能、配置USB端点X、Y、Z。配置主控FIFO方式。判断端点X是否为忙状态？若端点X是忙状态，则进行端点Z是否忙状态判断。若端点X不是忙状态，则说明从端点X接收到命令，进行解析、执行端点X命令。包括采样率的解析和端点Y采集开始和端点Y采集结束。端点Y采集开始，LCD显示输出模块显示“逻辑分析仪和数字信号发生器采集开始”;端点Y采集结束，LCD显示输出模块显示“逻辑分析仪和数字信号发生器采集结束”。再判断端点Z是否为忙状态，若端点Z是忙状态，则重新进行端点X是否忙状态判断。若端点Z不是忙状态，则通过端点Z发送端点Y采集完成计数。最后再重复上述过程。单片机系统I逻辑分析仪流程框图详见附图2。
[0033]单片机系统2进行初始化功能、配置USB端点A、B。配置从属FIFO方式。判断端点AFIFO是否为满标志？若端点A不是满标志，则进行端点B是否忙状态判断。若端点A是满标志，则说明端点A本次采集完成，端点A采集完成计数累加I，端点A采集完成计数范围为[0，255]，启动下一次端点A采集。再判断端点B是否为忙状态，若端点B是忙状态，则重新进行端点A是否满标志判断。若端点B不是忙状态，则通过端点B发送端点A采集完成计数。最后再重复上述过程。单片机系统2示波器流程框图详见附图3。
[0034]上述的逻辑分析仪和数字示波器【具体实施方式】仅用于说明本发明，凡是依照本发明专利申请范围所描述的处理器架构、USB配置、工作原理等效变换或修饰，均包括本发明专利申请范围内。
[0035]单片机系统I程序流程框图详见图3。
【权利要求】
1.USB接口多功能仪器，其特征是: USB接口多功能仪器，包括单片机系统1、单片机系统2、USB接口、触发输入接口、数字量输入/输出接口、采样时钟输入/输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口、IXD显示输出接口。 其中单片机系统I包含USB接口模块、RAM程序执行模块、主控FIFO配置模块、触发输入模块、时钟输入/输出模块、数字量处理模块。 单片机系统2包含USB接口模块、RAM程序执行模块、从属FIFO配置模块、时钟输入模块、模数转换模块、模拟量处理模块、阻抗匹配和分压电路模块、运算放大器跟随电路、偏置电压电路。
2.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于:通过USB接口和USB集线器模块，实现实时高速数据传输，USB接口支持热插拔、即插即用。
3.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于:通过USB接口配置不同的程序，单片机系统I和单片机系统2组合实现混合信号示波器、数据记录器等。单片机系统I和数字量输入/输出接口实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器、数字信号发生器、频率发生器等。通单片机系统I和模拟量输出接口实现模拟信号发生器等。单片机系统2和模拟量输入接口实现数字示波器、数字电压表等。
4.如权利要求3所述的USB接口多功能仪器，其特征在于:LCD显示接口输出各功能提示信息的人性化设计。
5.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于:采样时钟可选择来自内部时钟还是外部时钟，实时采样频率可配置[1MHz，IOOMHz]。
6.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于:支持外部触发输入，触发类型包括高电平、低电平、上升沿、下降沿。
7.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于:采用双处理器架构，单片机系统I负责处理数字电路部分、单片机系统2负责处理模拟电路部分；扩展仪器功能灵活、性价比高。
【文档编号】G01R15/12GK103529263SQ201210229817
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】李鹏宇, 段永颢, 程中楠 申请人:李鹏宇, 段永颢, 程中楠