专利名称：智能存贮示波及逻辑分析卡的制作方法
技术领域：
本实用新型属电子测量技术，特别是应用计算机实现对各种电信号进行精确的定性和定量分析。
长期以来，模拟示波器一直是电信号测量的主要工具，它能把抽象的各种电信号和非电量信号直观地显示在示波管的屏幕上，以便对电信号进行精确的定性和定量分析，但存在以下问题在慢扫描情况下，有闪烁现象，特别是对于快速地单次信号过快地扫过屏幕，难以对被测信号进行分析，即它仅适用于观察周期信号，无法对波形进行记录。随着数字电路、大规模集成电路及微处理技术的发展，出现了数字存贮示波器，它基本上克服了模拟示波器存在的问题，仍然存在价格昂贵、操作烦琐、难以掌握等问题，不能得到普及应用，特别是其对信号的后处理功能不强，也不灵活，且不具备逻辑分析等功能，因此不能做到一机多用(参见《现代数字存贮示波器原理与应用》电子工业出版社1989年5月版)本实用新型的目的，在于利用现有计算机资源，提供一种功能多，价格低廉，操作简便的智能存贮示波及逻辑分析卡，以便在普通的计算机上实现数字存贮数波器及逻辑分析仪的功能，而且能够对所采集数据进行多种形式的后处理，特别是频谱分析和电网谐波监测。
本实用新型的目的是这样实现的利用计算机本身的存贮功能和扩展的I/O口，本实用新型采用先进的程控技术和高速模数转换技术，设计一种电路卡，可直接与计算机的扩展I/O口相连，并配以支持软件来实现对电信号的测量和分析。对于数字存贮示波部分，本实用新型通过模拟电路实现对被测电信号的电压幅度高低的放大或衰减，以及外界输入信号和后续电路的隔离；同时，通过模拟电路产生一触发信号送入到数字电路。数字电路主要完成对被测电信号的模数变换和高速静态随机存贮缓存，有关对信号的采集、过程控制、分析、显示、存贮等等，主要由支持软件来完成。在进行逻辑分析时，主要利用数字电路将被测数字信号的数据直接送入高速静态随机存贮器，同时触发信号由被测数字和预置的信号相等时产生，实现触发，对信号进行逻辑分析的过程由支持软件来完成。在对电信号进行数字存贮示波和逻辑分析的过程中，数字电路和模拟电路中各芯片的工作状态和预置数据，利用软件通过接口电路来完成数据的输入输出。对电信号可以通过控制软件实现频谱分析和电网谐波监测。
由于本实用新型采用了先进的程控技术和高速模数转换技术，实现了对被测电信号的显示、存贮、分析，有以下的有益效果。
1.使用高效、简捷灵活，只要将本实用新型提供的电路卡直接插入微机的扩展槽内，其余的测试过程即可通过键盘来完成；2.测量得到的波形可通过计算机永久保存，并可将测量信号的波形与存贮的波形进行分析比较；3.信号后处理功能增强，可对信号进行频谱分析、电网谐波监测；4.具有对信号的逻辑分析功能；5.本实用新型价格低廉，远比购买一台数字存贮示波器便宜得多。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图1为本实用新型模拟电路部分的原理图。
图2为本实用模拟电路部分中程控直流电平产生器A3的电路原理图图3为本实用新型数字电路与逻辑分析部分的原理图。
图4为本实用新型数字示波工作过程程序框图图5为本实用新型逻辑分析工作过程程序框图图6为本实用新型数字电路与逻辑分析部分中的数据开关DK1的电路原理图图7为本实用新型数字电路与逻辑分析部分中的数据开关DK2的电路原理图图8为本实用新型模拟电路中程控分频器D4的电路原理图图9为本实用新型与计算机扩展I/O连接的接口电路原理图首先描述数字存贮示波的工作过程。图1中，输入的模拟信号为被测电路号，当被测电信号通过电压跟随器A1时，由于电压跟随器具有高输入阻抗和电流放的性质，就实现了外界输入信号和后续电路的隔离；然后，信号经过程控增益放大器A2，根据需要将信号进行放大或者衰减；由于图3中，数模变换器D1仅接受电平在0～5V的信号，而A2经程控增益放大器A2输出的信号电平在-12V～+12V之间，所以要对信号进行电位平移。本实用新型采用由数模变换器和电压放大器组成的程控直流电平产生器，产生一直流电压和程控增益放大器A2输出的信号一同送入电位平移加法器A4，使两电压相加后输出一电平在0～5V之间的被测信号；同时由程控触发基准电平产生器A5产生基准电压，同程控增益放大器A2输出信号一起送入触发比较器A6，来产生触发信号。
图3中，模/数变换器实现对图1中输出的模拟信号的模数转换，并将其数据暂时寄存在高速静态随机存贮器D2中，完成对图1中被测信号的采样，其采样过程的原理如下时钟发生器D5的信号经常闭数据开关关DK2到程控分频器D4，通过程序控制程控分频器D4输出适当频率的方波，送往地址产生器D3和模/数变换器D1，模/数变换器D1在D4输出信号控制下每周期输出一次数据到D2中储存，D3为循环计数器，在DK2断开前，D1不断地送数据入D2，D2被循环刷新，当由图1而来的触发信号到来时，DK1接通D6开始计数，计满指定长度后，D6发出一正脉冲给DK2，使DK2关断，此时，D1、D3、D6均停止工作，采样过程完成，其中，触发点处的信号数据在D2中的位置和D6有关，例如，若D2设定的计数长度为512字节，而D2中的最大容量为2KB，则D2中的当前是地址(即DK2断开时的地址)往后1.5kB的数据为触发信号到来前的数据，再往后512字节的数据为触发信号到来后的数据。通过这种方式，既得到了触发点以后的数据，又得到了触发点以前的数据，这样就实现了存贮示波器中的“后触发”功能。
逻辑分析的过程如图3所示，被测信号通过锁存器D9在程控分频器D4输出的时钟信号控制下，同时将信号送入高速静态随机存贮器D2和数字比较器D7，另外，预置字寄存器D8预置的信号也送入数字比较器D7，当被测数据信号和D8预置的信号相等时，产生触发信号，实现触发。以后的工作过程基本同前述数字存贮示波工作过程基本相同。
通过程序控制数字存贮示波的程序流程如图4所示，首先设置开始状态，启动计算机工作，然后，设置模拟通道的放大倍率和平移电位，其次，依次设置触发电平、触发方式和缓冲区长度，开通DK2，判断DK2是否关断，如关断，则采样结束，并将数据读入计算机内存并显示，数字存贮示波工作结束。
通过程序控制逻辑分析的程序流程如图5所示，首先设置开始状态，启动计算机工作，依次设置触发预置字、触发方式、缓冲区长度，然后，开通DK2，判断DK2是否关断，如关断，采样结束，并将数据读入计算机内存显示，逻辑分析工作结束。
图2中，直流电平的产生过程如下由模数变换器获得程序控制下计算机接口电路D0～D7的数据，经变换后输出模拟电压后经电压放大器放大，得到程控直流电压。
图6中，数据开关DK1由D触发器组成，由接口电路输出触发器清零信号30CH和置1信号308H分别送入到其复位端和置1端时，LR\为低电平，缓冲容量计数器D6停止工作；当触发信号LAT到来时，LR\变为高电平，D6开始工作，实现数据开关的作用。
图7中，数据开关DK2由数据选择器和D触发器组成。由缓冲容量计数器D6产生的计数信号256B、512B、1KB、2KB，送入数据选择器的数据输入端，接口电路产生的缓冲容量选择信号N4、N5控制数据选择器选择计数信号，当计数信号其中之一被选择时，由数据选择器输出一正脉冲来触发D触发器输出一高电平CLKE，使程控分频器D4停止工作。其中输入D触发器的清零信号314H、置1信号310H由接口电路输出。这样就实现了DK2数据开关的作用。
为了便于理解，以下简述程控分频器D4的工作过程。图8所示，程控分频器D4由晶体振荡器、74CS161分频器、CD4536程控分频器和数据选择器组成，由晶体振荡器产生的振荡信号输入74LS161分频器，74LS161分频器产生二分频、四分频、八分频信号输入数字选择器，16分频信号和接口电路输出K4～K7同时输入程控频器CD4536，产生216＋x分频信号也输入数据选择器，X即K4～K7的值，另外由接口电路产生K0～k3选择分频信号输入数据开关；当DK2数据开关输入CLKE信号为低电平时，输出有效；此时输出CLK时钟信号；当DK2数据开关输入CLKE信号为高电平时，输出无效，不产生时钟信号。
有关与计算机接口的接口电路如图9所示，通过与PC机的扩展口连接，可以由程序具体的设计按要求产生上述数字电路或模拟电路所需的数据。本接口电路主要包括了8255芯片、缓冲驱动器、12地址译码器及极选通基地址控制器。图9中A0～A9为地址线，将产生的地址数据分别送往8255芯片、口地址译码器、板选通基地址控制器，D0～D7为数据，通过数据线将数据信号送入8255芯片，由8255芯片产生的N0～N7分别送往数据开关DK2等，K0～K7输入到程控分频器中，口地址译码器产生的信号分别送入到8255芯片，DK1、数据开关DK2等，通过以上联接，完成了计算机与实用新型之间的数据输入和输出。
权利要求1.一种智能存贮示波及逻辑分析卡，包括由电路板，分立电子元件和集成电路芯片组成的模拟电路、数字电路和接口电路，其特征在于(a)模拟电路中，被测模拟信号通过电压跟随器A1后输入程控增益放大器A2，经过程控增益放大器放大或衰减的信号同程控直流电平产生器A3产生的直流电压同时总入电位平移加法器A4，经电位平移加法器输出的0～5V之间的模拟信号；同时，程控触发基准电平产生器A5产生的基准电压信号和程探增益放大器A2输出的信号送入触发比较器A6，触发比较器A6输出触发信号1；(b)数字电路中，上述模拟电路中电位平移加法器输出的模拟信号送入模/数变换器D1产生的数据信号输入高速静态随机存储器D2，触发信号1输入数据开关DK1，数据开关DK1输出的电平信号输入缓冲容量计数器D6产生的计数信号输入DK2，DK2输出的电平信号和时钟产生器产生的时钟信号同时送于程控分频器D4，程控分频器D4产生的时钟信号分别输入到缓冲容量计数器D6，地址产生器D3、模数转换器D1，地址产生器D3产生的地址信号输入高速静态随机存储器；当被测的电信号为数字信号时，直接输入锁存器D9，锁存器D9产生的数据信号分别送入高速静态随机存储器D2和数字比较器D7，同时预置寄存器Dp预置的信号也送入数字比较器D7，由数字比较器D7产生触发信号2输入数据开关DK1，程控分频器D4产生的时钟信号输入锁存器D9。
2.根据权利要求1所述的数字存贮示波及逻辑分析卡，其特征在于程控直流电平产生器A3由数/模变换器和电压放大器组成，接口电路产生的数据信号D0～D7输入数/模变换器，经数/模变换器产生的模拟信号输入电压放大器，经电压放大器放大后，产生程控电流电压。
3.根据权利要求1所述的数字存贮示波及逻辑分析卡，其特征在于所述的数据开关DK1，由D触发器构成，由接口电路输出的清零信号和置1信号分别输入其复位端和置1端，触发信号LAT输入其CLK端，由Q端输出高电平和低电平信号。
4.根据权利要求1所述的数字存贮示波及逻辑分析卡，其特征在于所述的数据开关DK2由数据选择器和D触发器组成，缓冲容量计数器产生的计数信号和接口电路产生的选择信号同时输入数据选择器，数据选择器Z端输出的脉冲信号输入D触发器的CLK端，接口电路输出的清零信号和置1信号输入D触发器的复位端和置零端，由Q端输出的电平信号控制程控分频器工作。
专利摘要本实用新型涉及一种智能存贮示波及逻辑分析卡。它包括由模拟电路、数字电路和接口电路，在模拟电路中，被测模拟信号经过放大、平移和基础电压信号送入触发比较器，然后产生一触发信号送至数字电路中，在数字电路中，经平移的模拟信号经A/D转换器转换后连同地址信号一并送入随机存贮器，最后通过软件完成对模拟信号的处理。在普通计算机上实现了对模拟信号的数字存贮示波和数字信号的逻辑分析，并可实现对信号的后处理。
文档编号G06F19/00GK2227357SQ9322004
公开日1996年5月15日 申请日期1993年7月24日 优先权日1993年7月24日
发明者王 忠, 骆宜光 申请人:王 忠, 骆宜光