一种基于FPGA的波形产生和频率测量便携式仪器的制作方法

本实用新型涉及一种基于FPGA的波形产生和频率测量便携式仪器，属于信号处理和测量、模拟电路设计等电子信息技术领域。

背景技术：

近年来，DDS技术在电子设计过程中被频繁使用。广泛应用于雷达系统、数字通信、电子测量等设备中，它具有频率分辨率高，相位噪声低，带宽较宽，频谱纯度好等优点。将信号发生器和频率计相结合，可以满足大部分情况下的实验需要。而小规模电子设计工程的场地不固定，所以需要便携式的仪器，从而使得设计人员能够在各种场地下进行电子设计实验。

中国专利CN201610169562.8公开了一种基于PXle总线的任意波形发生器，波形生成部分包括：FPGA和晶振，波形调理部分包括：16位DAC、运算放大器、SPI程控放大器、滤波电路、SPI程控DAC、差分运算放大器及减法器；此专利采用上位机下传数据的方式进行波形产生，降低了仪器使用的便捷性，不能构成一个完整的仪器设备，同时此系统无频率测量功能；

中国专利CN201420211177.1公开了一种任意波形发生装置，包括触摸屏，片上系统，同步动态随机存储器，Flash存储器和数模转换通道。此专利直接使用了集成的DDS模块(直接数字合成器），通过嵌入式处理器控制DDS模块，不仅浪费了处理器的资源，也增加了系统的冗余度，而且此发明也只是简单的波形产生功能，无频率测量功能。

中国专利CN201610311499.7公开了一种等精度数字频率计及其测量方法，包括待测信号输入接口、AGC电路、高速比较器、CPLD、单片机和显示器。其对测量数据所进行的处理方法特别好，能够达到很高的精度，但其所使用的器件过多，只实现了简单的频率测量功能，成本较高，并且无产生波形功能。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于FPGA的波形产生和频率测量便携式仪器，使用FPGA处理器作为核心器件，能够替代单片机与CPLD的组合，不仅减少了组成元件，而且实现了波形产生和频率测量功能。

为达到上述目的，本实用新型提供一种基于FPGA的波形产生和频率测量便携式仪器，其特征在于，包括AGC电路模块、比较电路模块、FPGA处理器模块、按键模块、显示屏、滤波电路模块和D/A模块；所述AGC电路的输出端连接所述比较电路模块的输入端，所述比较电路模块的输出端、所述按键模块的输出端均分别连接所述FPGA处理器模块的输入端，所述FPGA处理器模块的输出端分别连接所述显示屏的输入端、所述D/A模块的输入端，所述D/A模块的输出端连接所述滤波电路模块的输入端。

优先地，包括信号输入模块和信号输出模块；所述信号输入模块的输出端连接所述AGC电路模块的输入端，所述信号输出模块的输入端连接所述滤波电路模块的输出端。

优先地，包括框体，所述信号输入模块包括信号输入接口，所述信号输出接口包括波形输出接口，所述按键模块包括波形参数选择按钮、频率测量选择按钮、频率增加按钮、频率减小按钮、幅值增加按钮、幅值减小按钮和占空比调节按钮，所述信号输入接口、所述波形输出接口均固定设置在所述框体上，所述波形参数选择按钮、频率测量选择按钮、频率增加按钮、频率减小按钮、幅值增加按钮、幅值减小按钮和占空比调节按钮均分别穿过并滑动连接所述框体。

优先地，还包括电源插头，所述电源插头电分别电连接所述AGC电路模块、所述比较电路模块、所述FPGA处理器模块、所述显示屏、所述滤波电路模块和所述D/A模块。

本实用新型所达到的有益效果：

通过单片FPGA芯片替代了单片机加DDS芯片的组合形式，减少仪器的器件数量，实现了波形产生的功能，节约了资源，提高了集成度；通过单片机的FPGA芯片替代了单片机加CPLD的组合形式，实现了频率测量功能，增强了仪器的功能，能够满足大多数电子设计实验的需要，具有广阔的应用前景；将两大功能集成在一起，器件数量减少使得仪器体积缩小便于搬运，节约了搬运时间，增强仪器的便捷性。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的结构图。

附图中标记含义，1-信号输入接口；2-显示屏；3-波形输出接口；4-波形参数选择按钮；5-频率测量选择按钮；6-电源开关；7-频率增加按钮；8-频率减小按钮；9-幅值增加按钮；10-幅值减小按钮；11-占空比调节按钮；12-电源插头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型提供一种基于FPGA的波形产生和频率测量便携式仪器，其特征在于，包括AGC电路模块、比较电路模块、FPGA处理器模块、按键模块、显示屏、滤波电路模块和D/A模块；所述AGC电路的输出端连接所述比较电路模块的输入端，所述比较电路模块的输出端、所述按键模块的输出端均分别连接所述FPGA处理器模块的输入端，所述FPGA处理器模块的输出端分别连接所述显示屏的输入端、所述D/A模块的输入端，所述D/A模块的输出端连接所述滤波电路模块的输入端。

进一步地，本实用新型包括信号输入模块和信号输出模块；所述信号输入模块的输出端连接所述AGC电路模块的输入端，所述信号输出模块的输入端连接所述滤波电路模块的输出端。

进一步地，本实用新型包括框体，所述信号输入模块包括信号输入接口，所述信号输出接口包括波形输出接口，所述按键模块包括波形参数选择按钮4、频率测量选择按钮5、频率增加按钮7、频率减小按钮8、幅值增加按钮9、幅值减小按钮10和占空比调节按钮11，所述信号输入接口、所述波形输出接口均固定设置在所述框体上，所述波形参数选择按钮4、频率测量选择按钮5、频率增加按钮7、频率减小按钮8、幅值增加按钮9、幅值减小按钮10和占空比调节按钮11均分别穿过并滑动连接所述框体。

进一步地，本实用新型还包括电源插头，所述电源插头电分别电连接所述AGC电路模块、所述比较电路模块、所述FPGA处理器模块、所述显示屏、所述滤波电路模块和所述D/A模块。

工作过程：

波形信号经过信号输入接口输入，通过AGC电路模块进行调理使得信号幅度在AGC电路模块、比较电路模块、FPGA处理器模块、滤波电路模块和D/A模块可处理的范围内，然后通过比较电路模块将信号转换成FPGA可以处理的脉冲信号，然后将脉冲信号输出给FPGA进行数据处理分析并在显示屏上显示测量结果；所述波形信号包括正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形信号。

当输出波形信号时，通过所述波形参数选择按钮4、频率测量选择按钮5、频率增加按钮7、频率减小按钮8、幅值增加按钮9、幅值减小按钮10和占空比调节按钮11调节波形参数，然后FPGA处理器模块输出波形数据至D/A模块，D/A模块将数字量转化为模拟信号，然后通过滤波电路模块滤除杂波，最后输出所需的纯净波形信号至其他电子仪器。

如图2所示，当用户使用该仪器时，接通电源插头12，按下电源开关6，仪器处于待机状态；当需要输出波形时，首先通过波形参数选择按键4对要输出的波形进行参数选择，然后配合频率增加按钮7或者频率减小按钮8、幅值增加按钮9或者幅值减小按钮10、占空比调节按钮11进行频率、幅值、占空比设定。此时在输出接口就有对应的波形信号输出，可以接出至各种电子系统；当需要测量输入信号的相关参数时，按下频率测量选择按钮5打开频率测量功能，实现页面切换。接入信号后在液晶显示屏2上就可以看到测量结果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。