一种信号的时域和频域分析系统的制作方法

本发明涉及信号采集分析领域，具体为一种信号的时域和频域分析系统。

背景技术：

信号的时域和频域分析，是电子产品研发、生产和维修过程中的重要方法。示波器和频谱分析仪可以对信号进行时域和频域分析，但成本较高，并且不能直接对数字信号进行时域分析和频域分析。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种信号的时域和频域分析系统，具有成本低、能直接对数字信号进行时域分析和频域分析的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种信号的时域和频域分析系统，系统包括计算机、信号采集卡和matlab软件，计算机通过usb接口电连接信号采集卡，计算机上安装matlab软件。

优选的，信号采集卡包括adc电路、主控电路、通信电路、电源电路、按键开关电路和时钟电路，通信电路电连接usb接口，通信电路电连接主控电路，主控电路电连接adc电路。

优选的，matlab软件的界面包括按键面板、数据显示面板以及波形显示三大模块。

优选的，matlab软件采用“图形用户界面设计工具(gui)”设计界面，在matlab中控制计算机与采集卡的通信、对数据进行时域分析、频域分析以及显示采集信号的时域和频域波形。

优选的，信号采集卡由计算机的usb接口提供5v电源，采集卡上的其他电路还需要3.3v、2.5v和1.2v电源。

优选的，adc电路包括衰减偏移电路和采样电路。

优选的，主控电路由xilinx公司的fpga芯片xc3s500e构建，以xilinx公司提供的ise14.7为软件平台。

优选的，通信电路由ch341构建，为用于usb总线与串口进行转换的转接芯片，计算机的usb接口的d+和d-分别连接ch341的7脚和8脚，ch341的串行数据输入脚(4脚)和串行数据输出脚(3脚)分别连接fpga的对应引脚。

优选的，电源电路通过稳压芯片ams1117-3.3、ams1117-2.5、ams1117-1.2对电压进行转换。

优选的，按键开关电路外接一个按键和一个拨码开关，拨码开关用于选择采集信号的类型，即采集信号是模拟信号还是数字信号，按键用于对采集卡进行复位。

优选的，时钟电路采用50mhz有源晶振为系统提供时钟，该时钟在fpga内分频成需要的时钟频率。

优选的，衰减偏移电路由ad8056芯片构建，其功能是将模拟信号输入端的电压从-5v至+5v转换到0v至2v，转换关系如下：

当输入信号vin为5v时，vad为2v；当vin为-5v时，vad为0v。

优选的，采样电路由ad9280芯片构建，ad9280为一款单芯片、8位、32msps模数转换器。

优选的，fpga芯片的配置储存器为xilinx公司的串行flash存储器xcf04s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的信号的时域和频域分析系统，采用计算机、信号采集卡和matlab软件，计算机上安装matlab软件，计算机通过usb接口为信号采集卡供电以及与信号采集卡进行通信，信号采集卡既可以采集模拟信号也可以采集数字信号，信号采集卡包括adc电路、主控电路、通信电路、电源电路、按键开关电路和时钟电路，模拟信号由主控电路控制adc电路进行采集并送入主控电路中做缓存处理，数字信号直接由主控电路采集存储，主控电路控制传输模块将存储的数据依次传送给计算机，matlab软件的界面包括按键面板、数据显示面板以及波形显示要包括三大模块，matlab软件采用“图形用户界面设计工具(gui)”设计界面，在matlab中控制计算机与采集卡的通信、对数据进行时域分析、频域分析以及显示采集信号的时域和频域波形，代替了示波器和频谱分析仪对信号进行时域和频域分析，减少了成本，并且能直接对数字信号进行时域分析和频域分析。

附图说明

图1为本发明的采集卡的硬件结构框图；

图2为本发明的上位机程序流程图；

图3为本发明的对正弦波信号进行采集的时域和频域波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本实施例提供的采集卡的硬件结构，系统包括计算机、信号采集卡和matlab软件，计算机通过usb接口电连接信号采集卡，计算机通过usb接口为信号采集卡供电以及与信号采集卡进行通信，信号采集卡由计算机的usb接口提供5v电源，采集卡上的其他电路还需要3.3v、2.5v和1.2v电源，信号采集卡包括adc电路、主控电路、通信电路、电源电路、按键开关电路和时钟电路，信号采集卡既可以采集模拟信号也可以采集数字信号，模拟信号由主控电路控制adc电路进行采集并送入主控电路中做缓存处理，数字信号直接由主控电路采集存储，主控电路控制传输模块将存储的数据依次传送给计算机，通信电路由ch341构建，为用于usb总线与串口进行转换的转接芯片，计算机的usb接口的d+和d-分别连接ch341的7脚和8脚，ch341的串行数据输入脚(4脚)和串行数据输出脚(3脚)分别连接fpga的对应引脚，通信电路电连接usb接口，通信电路电连接主控电路，主控电路由xilinx公司的fpga芯片xc3s500e构建，以xilinx公司提供的ise14.7为软件平台，用veriloghdl描述的方式在fpga内实现控制信号的采集、存储以及对通信的控制，模拟信号由fpga控制adc转换电路进行采集并送入fpga中做缓存处理，数字信号直接由fpga采集并存储在fpga中，fpga控制通信电路将采集的数据传送给计算机，fpga芯片的配置储存器为xilinx公司的串行flash存储器xcf04s，主控电路电连接adc电路，adc电路包括衰减偏移电路和采样电路，衰减偏移电路由ad8056芯片构建，其功能是将模拟信号输入端的电压从-5v至+5v转换到0v至2v，转换关系如下：

当输入信号vin为5v时，vad为2v；当vin为-5v时，vad为0v，采样电路由ad9280芯片构建，ad9280为一款单芯片、8位、32msps模数转换器，电源电路通过稳压芯片ams1117-3.3、ams1117-2.5、ams1117-1.2对电压进行转换，按键开关电路外接一个按键和一个拨码开关，拨码开关用于选择采集信号的类型，即采集信号是模拟信号还是数字信号，按键用于对采集卡进行复位，时钟电路采用50mhz有源晶振为系统提供时钟，该时钟在fpga内分频成需要的时钟频率，计算机上安装matlab软件，matlab软件的界面包括按键面板、数据显示面板以及波形显示要包括三大模块，matlab软件采用“图形用户界面设计工具(gui)”设计界面，在matlab中控制计算机与采集卡的通信、对数据进行时域分析、频域分析以及显示采集信号的时域和频域波形，如图2所示，为计算机的工作流程，首先打开串口，对全局变量进行初始化，判断是否接收数据，如果接收了数据，对信号进行时域分析和频域分析，包括对接收到的数据进行傅里叶变换，并分析信号的主频，对信号的周期、频率、电压的最大值、电压的最小值以及峰峰值的分析，画出信号的时域波形及幅度谱，计算机中的界面设计主要包括三大模块，即按键面板、数据显示面板以及波形显示，如图3所示，本发明的对正弦波信号进行采集的时域和频域波形图，对正弦波信号进行采集的时域和频域波形，在“按键面板”中，“时域+”和“时域-”分别用于对时域波形进行放大和缩小，“频域+”，“频域-”，用于对频域波形放大和缩小；在“数据面板”中，显示主频及主频对应幅值的大小、信号的直流分量、周期、频率、电压最大值、电压最小值和峰峰值。

综上所述：本发明的信号的时域和频域分析系统，采用计算机、信号采集卡和matlab软件，计算机上安装matlab软件，计算机通过usb接口为信号采集卡供电以及与信号采集卡进行通信，信号采集卡既可以采集模拟信号也可以采集数字信号，信号采集卡包括adc电路、主控电路、通信电路、电源电路、按键开关电路和时钟电路，模拟信号由主控电路控制adc电路进行采集并送入主控电路中做缓存处理，数字信号直接由主控电路采集存储，主控电路控制传输模块将存储的数据依次传送给计算机，matlab软件的界面包括按键面板、数据显示面板以及波形显示要包括三大模块，matlab软件采用“图形用户界面设计工具(gui)”设计界面，在matlab中控制计算机与采集卡的通信、对数据进行时域分析、频域分析以及显示采集信号的时域和频域波形，代替了示波器和频谱分析仪对信号进行时域和频域分析，减少了成本，并且能直接对数字信号进行时域分析和频域分析。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。