專利名稱：多功能測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，具體來講涉及一種多功能測試儀。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，電子工程師常用的測試儀器有
數(shù)字示波器和傳統(tǒng)的模擬示波器有著顯著不同，并且有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 目前科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，單次信號的捕捉，測量和研究越來越受到人們的關(guān) 注和重視，在信息領(lǐng)域、高速計算機(jī)、高速數(shù)據(jù)通信和高速數(shù)字集成電路及其 系統(tǒng)內(nèi)，面臨著硬件、軟件、以及由軟硬件共同作用而產(chǎn)生的偶發(fā)性故障，軟 故障等復(fù)雜問題的困擾，迫切需要更高速的DSO才能得心應(yīng)手的解決這些難 題。
數(shù)字萬用表萬用表絕對是電子測量領(lǐng)域里面最常用的一種測量工具，電 子工程師可以使用萬用表來測量交直流電壓，交直流電流，電阻，二極管，線 路通斷等等電子系統(tǒng)的最常見參數(shù)，而且由于是數(shù)字型萬用表，所以可以很方 便的實(shí)現(xiàn)自動檔位調(diào)整，自動校正誤差等等功能。
函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器是用來產(chǎn)生一些常用的函數(shù)信號來輔助 電子工程師檢測被測系統(tǒng)的裝置。電子工程師可以用函數(shù)信號發(fā)生器發(fā)生波形， 然后用數(shù)字示波器來檢查被測系統(tǒng)。
頻率計雖然數(shù)字示波器也可以測頻，但可測范圍小，精度也不夠。而且， 測頻是檢測手段中非常重要的一塊，所以，電子工程師經(jīng)常使用頻率計用于高 精度，測頻范圍大的場合，作為專門測頻的工具。
從儀器發(fā)展來看，工程師越來越需要集成的測試平臺而不是單一功能的測 試儀器。設(shè)計良好的測試平臺發(fā)揮的效應(yīng)比單個測試儀器應(yīng)用面要寬廣許多， 多種儀器模塊配合形成一個測試平臺成為了以后儀器設(shè)計的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種方便電子工程師 進(jìn)行常規(guī)測試，涵蓋現(xiàn)場監(jiān)測所需要常用電子測試儀器的多功能測試儀。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的多功能測試儀，包括數(shù)字存儲示波器模塊、 數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊，其特征在于，數(shù)字存 儲示波器模塊中的控制板塊作為多功能測試儀的主板，其上有多機(jī)通信模塊和 顯示計算模塊，用于同數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊 的數(shù)據(jù)通信以及顯示計算，數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計 模塊通過主板通信獲得用戶輸入命令，然后將輸出數(shù)據(jù)和主板交互后通過顯示 屏顯示輸出數(shù)據(jù)。
由于在多功能測試儀的設(shè)計中，數(shù)字存儲示波器模塊是技術(shù)含量最高，設(shè) 計要求最高，設(shè)計難度也最大的模塊，成為多功能測試儀器的核心組成部分， 在整個儀器設(shè)計中占有重要的地位。把數(shù)字存儲示波器控制板塊設(shè)計成為了多 功能測試儀的主板，利用示波器模塊的資源，即多機(jī)通信模塊和顯示計算模塊， 其他的儀器模塊通過和主板通信獲得用戶輸入命令，然后將輸出數(shù)據(jù)和主板交 互后通過顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)，這樣，把數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模 塊以及頻率計模塊集成在一臺儀器中。從而，為電子工程師提供了一種方便進(jìn) 行常規(guī)測試，涵蓋現(xiàn)場監(jiān)測所需要的常用電子測試儀器的多功能測試儀，建立 了一個方便電子工程師進(jìn)行常規(guī)測試的一個測試平臺。同時，由于有了函數(shù)信 號發(fā)生器模塊的集成，多功能測試儀器就成為了一個比較完整的監(jiān)測系統(tǒng)，可 以測量信號，也可以輸出標(biāo)準(zhǔn)信號以供檢測。
此外，在主板與數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊的 通信為串行通信。數(shù)字萬用表模塊，函數(shù)信號發(fā)生器模塊，頻率計模塊與主板 數(shù)據(jù)量交換并不大，且考慮到控制的方便、簡單以及成本等因素，采用串口作 為通訊接口。連接主處理器和各個模塊的處理器的串口，形成一個通信總線， 根據(jù)設(shè)定的協(xié)議，就可以實(shí)現(xiàn)主板跟數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以 及頻率計模塊之間的數(shù)據(jù)交換通信。


圖1是本發(fā)明多功能測試儀內(nèi)部各模塊間一種通信設(shè)計具體實(shí)施方式
原理 框圖2是本發(fā)明多功能測試儀的一種具體實(shí)施方式
原理框圖3是本發(fā)明多功能測試儀工作流程的一種具體實(shí)施方式
的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明優(yōu)選具體實(shí)施方式
進(jìn)行描述。需要提醒注意的是， 盡管相似部件出現(xiàn)在不同附圖中，但它們被賦予相似的參考數(shù)字標(biāo)記。此外， 在以下的描述中，當(dāng)采用的已知功能和設(shè)計的詳細(xì)描述也許會淡化本發(fā)明的主 題內(nèi)容時，這些描述在這兒將被忽略。
圖1是本發(fā)明多功能測試儀內(nèi)部各模塊間一種通信設(shè)計具體實(shí)施方式
原理 框圖。圖中，所有的模塊采用同一個鍵盤和液晶顯示屏，鍵盤和液晶顯示屏連 接在數(shù)字存儲示波器模塊的控制板塊1，即多功能測試儀的主板上，其余三個 測試儀模塊，即數(shù)字萬用表模塊4、函數(shù)信號發(fā)生器模塊5和頻率計模塊6都 連接在一條串行總線上，并通過該串行總線與數(shù)字存儲示波器模塊進(jìn)行通信， 這樣，如何避免總線沖突就是一個值得關(guān)注的問題了。在本實(shí)施例中，為每一 個連接在串行總線上的功能模塊編訂一個地址，即數(shù)字萬用表模塊的地址是1、 函數(shù)信號發(fā)生器模塊的地址是2、頻率計模塊的地址是3，這樣，根據(jù)用戶的功 能切換要求，數(shù)字存儲示波器模塊的控制板塊，即多功能測試儀的主板做出要 跟哪一個串行總線上的模塊通信的決定，會先發(fā)送一個地址0作為關(guān)閉位，所 有的串行總線上的模塊都將會收到這個地址位，但由于0不是任何機(jī)器的地址， 這樣將會關(guān)閉所有的模塊通信，然后，主板會發(fā)送相應(yīng)的地址碼來激活相應(yīng)的 模塊。當(dāng)然所有的串行總線上的功能模塊都會接收到地址碼，然后都會和該功 能模塊地址比較，如果相同，則被激活，如果不同，則繼續(xù)忽略以后收到的數(shù) 據(jù)。被激活的功能模塊會發(fā)送自己的地址碼回去，以便數(shù)字存儲示波器模塊的 控制板塊，即多功能測試儀的主板確認(rèn)被激活，這是個握手通訊的工程。通過 這樣的總線協(xié)議約定，我們就可以在設(shè)計中避免總線上面的數(shù)據(jù)沖突，達(dá)到對 串行總線上的模塊分別進(jìn)行控制的目的。
本發(fā)明各功能模塊采用串口實(shí)現(xiàn)互相通信可以保證儀器很好的模塊化，方
便分開設(shè)計，也方便新增，刪除測試模塊，設(shè)計良好的通信協(xié)議和可擴(kuò)展的系 統(tǒng)框架設(shè)計使得各功能模塊可以很好的構(gòu)成測試平臺。
由于數(shù)字存儲示波器模塊的控制板塊，即多功能測試儀的主板跟串行總線 上的模塊通信的時候，用到的數(shù)據(jù)交流方式是不一樣的，如，數(shù)字萬用表模塊 和頻率計模塊收到上位命令之后，還要調(diào)整檔位，測量數(shù)據(jù)，然后不斷的返回 給主辦，而信號源基本上不需要返回數(shù)據(jù)，在具體實(shí)施過程中，不同的模塊設(shè) 計不同的通訊協(xié)議。
此外，如圖l所示輸入的模擬信號在數(shù)字存儲示波器模塊l，經(jīng)其中的A/D 變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后存在半導(dǎo)體存儲器RAM中，并將RAM中存儲的內(nèi)容調(diào) 出，顯示在液晶顯示器上；同時，該波形數(shù)據(jù)經(jīng)過串行總線發(fā)送給函數(shù)信號發(fā) 生器，通過相應(yīng)的D/A變換器，再恢復(fù)成模擬量向用戶輸出。
圖2是本發(fā)明多功能測試儀的一種具體實(shí)施方式
原理框圖。圖中，數(shù)字存 儲示波器模塊1中的控制板塊101作為多功能測試儀的主板，包括FPGA采集 和顯示系統(tǒng)、DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理RAM以及串行通訊模塊， FPGA采集和顯示系統(tǒng)用于示波器輸入信號的采集，并輸出給DSP數(shù)據(jù)處理和 控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，同時作為DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)的顯示接口電路，用于 多功能測試儀的顯示；數(shù)據(jù)處理RAM是DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)的外部隨機(jī) 存儲器；DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)通過串行通訊模塊與數(shù)字萬用表模塊、函數(shù) 信號發(fā)生器模塊、頻率計模塊進(jìn)行通信。在本實(shí)施例中，多機(jī)通信模塊由DSP 數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理RAM以及串行通訊模塊組成，顯示計算模塊 由DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理RAM和包括FPGA采集和顯示系統(tǒng)組 成。
在本實(shí)施例中，多功能測試儀的鍵盤2以及液晶顯示屏3都接到數(shù)字存儲 示波器模塊1上，具體來講，鍵盤2直接DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)，并通過 DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)對本發(fā)明多功能測試儀進(jìn)行控制；液晶顯示屏3通過 FPGA采集和顯示系統(tǒng)，并將其作為顯示接口與DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)顯示 有關(guān)的波形和數(shù)據(jù)。
數(shù)字存儲示波器模塊1中的模擬通道102完成輸入信號的調(diào)理，并在DSP
數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)的控制下通過FPGA采集和顯示系統(tǒng)完成對輸入信號的采 樣、數(shù)字化、處理和波形還原，最后在LCD上顯示出來。這是現(xiàn)有數(shù)字存儲示 波器的工作原理，在此不在贅述。
在本實(shí)施例中，多功能測試儀主板的DSP處理器采用Blackfin系列， Blackfin系列DSP是ADI公司與Intel聯(lián)合開發(fā)推出的高性能，低功耗的第四 代定點(diǎn)DSP產(chǎn)品，融合了 Analog Devices/Intel的微信號結(jié)構(gòu)(MSA)，它將一 個32位RISC型指令集和雙16位乘法累加(MAC)信號處理功能與通用型微 控制器所具有的易用性組合在了一起。這種組合使得Blackfin處理器能夠在 信號處理和控制處理應(yīng)用中均發(fā)揮最佳的作用。
本發(fā)明采用Blackfin系列DSPBF531, BF531是主頻高達(dá)400 MHz ，峰值 處理能力為1. 2 GMIPS高性能Blackfin處理器。其內(nèi)核包括2個16位MAC, 2個40位ALU, 4個8位視頻ALU，以及1個40位移位器，另外BF533還包括 一個UART 口、 一個SPI 口、兩個串行口 (SPORTs)、四個通用定時器(其中三個 具有P麗功能)、 一個實(shí)時時鐘、看門狗定時器，以及一個并行外設(shè)接口。外部 存儲器控制器可與SDRAM、 SRAM、 Flash和ROM無縫連接。
數(shù)字萬用表模塊4、函數(shù)信號發(fā)生器模塊5、頻率計模塊6通過串行總線、 串行通訊模塊與多功能測試儀的主板通信，數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器 模塊以及頻率計模塊通過和主板通信獲得用戶輸入命令，然后將輸出數(shù)據(jù)和主 板交互后通過顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)。
數(shù)字萬用表模塊4、函數(shù)信號發(fā)生器模塊5、頻率計模塊6在測量和工作原 理上與現(xiàn)有技術(shù)單個儀器相同，只是其顯示和控制輸出通過串行總線到主板上， 再通過顯示計算模塊顯示有關(guān)的數(shù)據(jù)，其測量原理及信號發(fā)生原理，在此不在 贅述。
此外，本實(shí)施例中，串行總線還接有PC機(jī)虛擬儀器模塊7，用于通過PC 機(jī)與其他儀器或PC機(jī)通信。
在本實(shí)施例中，數(shù)字萬用表模塊4、函數(shù)信號發(fā)生器模塊5、頻率計模塊6 的處理器的選擇主要考慮性價比，采用了通用C51系列的單片機(jī)作為控制芯片。
圖3是本發(fā)明多功能測試儀工作流程的一種具體實(shí)施方式
。在本實(shí)施例中，
設(shè)計有一個嵌入式軟件框架，該嵌入式軟件框架能充分將系統(tǒng)硬件的效能發(fā)揮 出來，保證整個系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。該軟件框架對外界輸入總控的部分，把外界 的輸入分配到和其相對應(yīng)的處理模塊去。具體來講，如圖3所示，多功能測試 儀開機(jī)后，整個系統(tǒng)開始初始化，然后等待用戶對功能的選擇，即按下相應(yīng)的 功能選擇按鍵，并進(jìn)行按鍵消息處理，判斷選擇的模式，進(jìn)入相應(yīng)的功能模式， 即數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、頻率計或數(shù)字存儲示波器模式，各相應(yīng)的功 能模塊，測試或輸出相應(yīng)的信號后，通過顯示計算模塊顯示有關(guān)的數(shù)據(jù)，更新 顯示，然后，返回按鍵消息處理，等待用戶對功能的選擇。
盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)清楚，本發(fā) 明不限于具體實(shí)施方式
的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種 變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而 易見的， 一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種多功能測試儀，包括數(shù)字存儲示波器模塊、數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊，其特征在于，數(shù)字存儲示波器模塊中的控制板塊作為多功能測試儀的主板，其上有多機(jī)通信模塊和顯示計算模塊，用于同數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊的數(shù)據(jù)通信以及顯示計算，數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊通過主板通信獲得用戶輸入命令，然后將輸出數(shù)據(jù)和主板交互后通過顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測試儀，其特征在于，所述的多功能測試儀的主板與數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊的通信為串行通信。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能測試儀，其特征在于，所述的串行通信的 總線上的每一功能模塊編訂一個地址，多功能測試儀的主板做出要跟哪一個串 行總線上的模塊通信的決定時，先發(fā)送一個地址0作為關(guān)閉位，0不是任何機(jī) 器的地址，所有的串行總線上的模塊都將會收到這個地址位，這樣將會關(guān)閉所 有的模塊通信，然后，主板發(fā)送相應(yīng)的地址碼來激活相應(yīng)的功能模塊。當(dāng)然所 有的串行總線上的功能模塊都會接收到地址碼，然后都會和該功能模塊地址比 較，如過相同，則被激活，如果不同，則繼續(xù)忽略以后收到的數(shù)據(jù)；被激活的 功能模塊發(fā)送自己的地址碼回去，以便多功能測試儀的主板確認(rèn)被激活。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測試儀，其特征在于，所述的多功能測試 儀的主板包括FPGA采集和顯示系統(tǒng)、DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理 RAM以及串行通訊模塊；FPGA采集和顯示系統(tǒng)用于示波器輸入信號的采集，并輸出給DSP數(shù)據(jù)處 理和控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，同時作為DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)的顯示接口電路， 用于多功能測試儀的顯示；數(shù)據(jù)處理RAM是DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)的外部隨機(jī)存儲器； DSP數(shù)據(jù)處理和控制系統(tǒng)通過串行通訊模塊與數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號 發(fā)生器模塊、頻率計模塊進(jìn)行通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能測試儀，其特征在于，所述的數(shù)字存儲示 波器模塊中，輸入的模擬信號經(jīng)其中的A/D變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后存在半導(dǎo) 體存儲器RAM中，并將RMI中存儲的內(nèi)容調(diào)出，顯示在液晶顯示器上；同時， 該波形數(shù)據(jù)經(jīng)過串行總線發(fā)送給函數(shù)信號發(fā)生器，通過相應(yīng)的D/A變換器，再恢復(fù)成模擬量向用戶輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能測試儀，包括數(shù)字存儲示波器模塊、數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊，其特征在于，數(shù)字存儲示波器模塊中的控制板塊作為多功能測試儀的主板，其上有多機(jī)通信模塊和顯示計算模塊，用于同數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊的數(shù)據(jù)通信以及顯示計算，數(shù)字萬用表模塊、函數(shù)信號發(fā)生器模塊以及頻率計模塊通過主板通信獲得用戶輸入命令，然后將輸出數(shù)據(jù)和主板交互后通過顯示屏顯示輸出數(shù)據(jù)。從而，為電子工程師提供了一種方便進(jìn)行常規(guī)測試，涵蓋現(xiàn)場監(jiān)測所需要的常用電子測試儀器的多功能測試儀，建立了一個方便電子工程師進(jìn)行常規(guī)測試的一個測試平臺。
文檔編號G01R15/00GK101173963SQ20071005026
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日
發(fā)明者科 劉, 芃 葉, 張沁川, 浩 曾, 田書林 申請人:電子科技大學(xué)