一种实用型多通道信号分析仪

本技术属于电子测量仪，具体涉及一种实用型多通道信号分析仪。

背景技术：

1、信号分析仪是一种常见的电子测量仪器，能够通过硬件电路将待测信号经adc测量后，传至电脑上位机完成波形显示及频率、占空比、幅值、相位等参数的测量，以便检测各种电信号的变化并对其进行分析，是电子学科教学一种常用的分析工具，且一般具有波形输出功能。

2、在电子学科的实验教学领域，市面上目前面向教学用、学生用的信号分析仪，普遍存在价格偏高、测量通道数少、采用usb连接导致稳定性不够好、容易出现设备断连等问题。而且在波形输出信号下拉的实现上，普遍采用可编程电阻的方式，这不仅增大了微控制器的运行处理负担，还限制了波形幅值下拉精度的提高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出了一种实用型多通道信号分析仪，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。

2、一种实用型多通道信号分析仪，包括四个通道信号输入端、stm32h750最小系统、信号输入调理电路、输出和极性选择电路、测量模式选择电路、两个通道信号输出端和labview上位机，所述四个通道信号输入端依次连接信号输入调理电路、stm32h750最小系统、输出和极性选择电路以及两个通道信号输出端，stm32h750最小系统还与测量模式选择电路连接，labview上位机通过uart串口电路与stm32h750最小系统连接；

3、所述stm32h750最小系统由stm32h750芯片、滤波电路、电源电路、复位电路、下载电路、ch340c串口电路构成；所述信号输入调理电路通过星型电阻衰减网络对输入信号进行衰减；所述输出和极性选择电路包括运算放大器lf353p和下拉电阻选择电路；所述测量模式选择电路用于选择两通道输入或四通道输入。

4、进一步地，所述信号输入调理电路包括四个相同的电路结构，分别与四个通道信号输入端对应连接，单个电路结构包括电阻r8、r12和r40以及滑动变阻器r14，电阻r8的第一端连接接线端子h6，接线端子h6与通道信号输入端连接，电阻r8的第二端连接电阻r12的第一端、电阻r40的第一端以及stm32h750芯片的pa3引脚，电阻r12的第二端连接vcc电源，电阻r40的第二端连接电阻r14的第一端，电阻r14的第二端连接接地端和电阻r14的调节端。

5、进一步地，所述电阻r8、r12、r40的阻值分别为30k、10k、13k，将输入的-10～10v电压，转化成0～3v。

6、进一步地，所述输出和极性选择电路包括两个相同的电路结构，分别与两个通道信号输出端对应连接，每个电路结构中，运算放大器lf353p的数量为两个，分别为第一运算放大器u5.1和第二运算放大器u5.2，还包括电阻r3、r4、r9、r23和r15，滑动开关sw4；所述第一运算放大器u5.1的正输入端连接电阻r9的第一端和电阻r15的第一端，电阻r15的第二端连接接地端，电阻r9的第二端连接滑动开关sw4的第一输出端，滑动开关sw4的公共端连接stm32h750芯片的pa4引脚，滑动开关sw4的第二输出端连接接线端子h2，第一运算放大器u5.1的负输入端连接电阻r3的第一端和电阻r4的第一端，第一运算放大器u5.1的输出端连接电阻r4的第二端和接线端子h7，第二运算放大器u5.2的正输入端连接电阻r23的第一端，电阻r23的第二端连接下拉电阻选择电路，第二运算放大器u5.2的负输入端连接电阻r3的第二端和第二运算放大器u5.2的输出端，接线端子h2或h7连接通道信号输出端；

7、所述下拉电阻选择电路包括6位拨码开关sw5、电阻r17、电阻r25～r30、滑动变阻器r44～r49，拨码开关sw5包括第一位拨码开关到第六位拨码开关，第一位拨码开关到第六位拨码开关的第一端分别连接电阻r25～r30的第一端，电阻r25～r30的第二端分别连接电阻r44～r49的第一端，电阻r44～r49的第二端连接电阻r44～r49的调节端和接地端，第一位拨码开关到第六位拨码开关的第二端连接电阻r17的第一端和电阻r23的第二端，电阻r17的第二端连接+5v电源。

8、进一步地，所述测量模式选择电路包括滑动开关sw7和电阻r39，滑动开关sw7的公共端连接stm32h750芯片的pb10引脚，滑动开关sw7的第一输入端连接电阻r39的第一端，电阻r39的第二端连接vcc电压，滑动开关sw7的第二输入端接地。

9、进一步地，所述电源电路采用ams1117和sgm3207两种转换芯片，ams1117芯片实现5v转3.3v，用于给stm32h750芯片供电，sgm3207芯片实现5v转-5v，用于给lf353p提供负电源。

10、进一步地，所述滤波电路采用5个0.1uf的电容和1个100uf的电容对给stm32h750芯片供电的3.3v电压滤除纹波干扰。

11、本实用新型带来的有益技术效果：

12、本实用新型通过使用高性能高性价比的微控制器stm32h750可以在保证仪器的功能指标满足教学仪器使用要求的情况下，降低整套仪器的成本。通过使用uart串口通讯的高速波特率模式解决usb连接容易断连的问题，可以提高长时间连接的稳定性，且串口通讯的调试方便，硬件电路结构比较简单。本实用新型采用正电压减法器结合带校准的可选电阻网络的输出波形下拉的方式，通过拨码开关以硬件电路的方式实现输出波形下拉幅值的切换，可解决因采用可编程电阻下拉方式导致的波形不稳定和微控制器运算量大的问题，提高输出的稳定性和抗电磁干扰能力。通过200欧的校准电阻消除贴片电组的阻值偏差，可以极大程度提高输出波形下拉幅值的精度。最多支持四通道的同时测量，解决信号分析仪通道数少的问题，且可以通过滑动开关选择两通道或四通道测量模式，提高多场景的适用性。

技术特征：

1.一种实用型多通道信号分析仪，其特征在于，包括四个通道信号输入端、stm32h750最小系统、信号输入调理电路、输出和极性选择电路、测量模式选择电路、两个通道信号输出端和labview上位机，所述四个通道信号输入端依次连接信号输入调理电路、stm32h750最小系统、输出和极性选择电路以及两个通道信号输出端，stm32h750最小系统还与测量模式选择电路连接，labview上位机通过uart串口电路与stm32h750最小系统连接；

2.根据权利要求1所述的一种实用型多通道信号分析仪，其特征在于，所述信号输入调理电路包括四个相同的电路结构，分别与四个通道信号输入端对应连接，单个电路结构包括电阻r8、r12和r40以及滑动变阻器r14，电阻r8的第一端连接接线端子h6，接线端子h6与通道信号输入端连接，电阻r8的第二端连接电阻r12的第一端、电阻r40的第一端以及stm32h750芯片的pa3引脚，电阻r12的第二端连接vcc电源，电阻r40的第二端连接电阻r14的第一端，电阻r14的第二端连接接地端和电阻r14的调节端。

3.根据权利要求2所述的一种实用型多通道信号分析仪，其特征在于，所述电阻r8、r12、r40的阻值分别为30k、10k、13k，将输入的-10～10v电压，转化成0～3v。

4.根据权利要求1所述的一种实用型多通道信号分析仪，其特征在于，所述输出和极性选择电路包括两个相同的电路结构，分别与两个通道信号输出端对应连接，每个电路结构中，运算放大器lf353p的数量为两个，分别为第一运算放大器u5.1和第二运算放大器u5.2，还包括电阻r3、r4、r9、r23和r15，滑动开关sw4；所述第一运算放大器u5.1的正输入端连接电阻r9的第一端和电阻r15的第一端，电阻r15的第二端连接接地端，电阻r9的第二端连接滑动开关sw4的第一输出端，滑动开关sw4的公共端连接stm32h750芯片的pa4引脚，滑动开关sw4的第二输出端连接接线端子h2，第一运算放大器u5.1的负输入端连接电阻r3的第一端和电阻r4的第一端，第一运算放大器u5.1的输出端连接电阻r4的第二端和接线端子h7，第二运算放大器u5.2的正输入端连接电阻r23的第一端，电阻r23的第二端连接下拉电阻选择电路，第二运算放大器u5.2的负输入端连接电阻r3的第二端和第二运算放大器u5.2的输出端，接线端子h2或h7连接通道信号输出端；

5.根据权利要求1所述的一种实用型多通道信号分析仪，其特征在于，所述测量模式选择电路包括滑动开关sw7和电阻r39，滑动开关sw7的公共端连接stm32h750芯片的pb10引脚，滑动开关sw7的第一输入端连接电阻r39的第一端，电阻r39的第二端连接vcc电压，滑动开关sw7的第二输入端接地。

6.根据权利要求1所述的一种实用型多通道信号分析仪，其特征在于，所述电源电路采用ams1117和sgm3207两种转换芯片，ams1117芯片实现5v转3.3v，用于给stm32h750芯片供电，sgm3207芯片实现5v转-5v，用于给lf353p提供负电源。

7.根据权利要求1所述的一种实用型多通道信号分析仪，其特征在于，所述滤波电路采用5个0.1uf的电容和1个100uf的电容对给stm32h750芯片供电的3.3v电压滤除纹波干扰。

技术总结
本技术提出了一种实用型多通道信号分析仪，包括四个通道信号输入端、STM32H750最小系统、信号输入调理电路、输出和极性选择电路、测量模式选择电路、两个通道信号输出端、电源电路和LabVIEW上位机，所述四个通道信号输入端依次连接信号输入调理电路、STM32H750最小系统、输出和极性选择电路以及两个通道信号输出端，STM32H750最小系统还与测量模式选择电路连接，LabVIEW上位机通过UART串口电路与STM32H750最小系统连接；该多通道信号分析仪具有连接稳定、价格低廉、测量通道数多、波形输出下拉幅值精度高的特点。

技术研发人员：赵洪亮,姜述梓,贾燕,梁子奇,吴晓梅
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：20230613
技术公布日：2024/1/15