本發(fā)明屬于測試裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及一種周期信號波形測試裝置。

背景技術(shù)：

周期信號波形廣泛存在于各種電子產(chǎn)品中，是衡量產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)，因此波形測試在電子產(chǎn)品研發(fā)和電子測量中有著異常重要的作用。目前對周期信號波形的測量普遍采用的是人工檢測方式，即采用示波器來測試周期信號波形的指標(biāo)。然而，這種檢測方式效率低、而且過度依賴測試儀表的測試準(zhǔn)確度和測試人員的測試技能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種周期信號波形測試裝置，其可靠、便捷、自動化程度高。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種周期信號波形測試裝置，其特征在于，其包括信號輸入單元、鍵盤單元、PLC單元、信號采集處理單元、可編程控制器、顯示單元，其中，

所述信號接入單元用于接入待測試周期信號波；

所述鍵盤單元用于選擇與接入的待測試周期信號波相對應(yīng)的信號輸入通道，并將選擇的信號輸入通道信息發(fā)送給可編程控制器；

所述可編程控制器根據(jù)接收的信號輸入通道信息來控制PLC單元，并通過PLC單元將對應(yīng)的待測試周期信號波輸入所述信號采集處理單元中；

所述信號采集處理單元包括第一功能電路和第二功能電路，其中，

所述第一功能電路包括第一信號調(diào)理電路和波形整形電路，所述第一信號調(diào)理電路用于對待測試周期信號波進行調(diào)整后再傳送給所述波形整形電路進行整形，所述第一信號調(diào)整電路包括第一分頻電路和第一幅值調(diào)整電路，所述第一分頻電路用于將待測試周期信號波的頻率范圍縮小到設(shè)定的測試范圍內(nèi)，所述第一幅值調(diào)整電路用于將待測試周期信號波的幅值調(diào)整到設(shè)定的測試范圍內(nèi)，所述波形整形電路用于將待測試周期信號波轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ú魉徒o可編程控制器，以使可編程控制器處理并獲得方波信號的頻率；

所述第二功能電路包括第二信號調(diào)理電路、AD采樣保持電路和AD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，其中所述第二信號調(diào)理電路用于對待測試周期信號波進行調(diào)整后再傳送給所述AD采樣保持電路,其包括第二分頻電路和第二幅值調(diào)整電路，所述第二分頻電路用于將待測試周期信號波的頻率范圍縮小到合適的測試范圍內(nèi)，所述第二幅值調(diào)整電路用于將待測試周期信號波的幅值調(diào)整到設(shè)定的測試范圍，所述AD采樣保持電路用于保持采樣值在AD轉(zhuǎn)換的時間內(nèi)不變，以得到合適的采樣信號并且保證AD轉(zhuǎn)換的精度，從而消除轉(zhuǎn)換誤差，所述AD轉(zhuǎn)換電路用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳送給可編程控制器，以使所述可編程控制器處理并獲得待測試周期信號波的幅值和/或種類和/或頻率和/或峰峰值。

所述輸出顯示單元由可編程控制器控制，用于將待測試周期信號波的幅值和/或種類和/或頻率和/或峰峰值予以顯示。

優(yōu)選地，所述可編程控制器處理獲得待測試周期信號波的幅值的具體過程如下：

可編程控制器根據(jù)方波的信號頻率得到待測試周期信號波的信號周期，可編程控制器以此信號周期的大小來設(shè)置AD的采樣周期，并進行一個周期的采樣，確定N個采樣點，這樣可以得到這N個采樣點的電壓值，然后對這N個采樣值進行排序，從而得到這N個采樣點的最大電壓值和最小電壓值，則獲得待測試周期信號波的幅值，進而通過最大電壓值和最小電壓值的差值獲得待測試周期信號波的峰峰值。

優(yōu)選地，獲取待測試信號波的種類的具體過程如下：

獲得待測試周期信號波的幅值后，再對這N個采樣點的電壓值進行離散數(shù)值計算，從而獲得波形電壓有效值U_eff，其中波形電壓有效值并且U_k為第k次采樣的電壓值；

然后，再根據(jù)傅里葉算法獲得周期波形信號的基波有效值為其中，a和b分別為基波分量中正弦波和余弦波的幅值，并且

$a=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\]$

$b=\frac{1}{N}\[x_0+2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+x_N\]$

式中x_k為第k次的采樣值，x₀和x_N分別是k＝0和k＝N時的采樣點的電壓值；

最后，得到波形系數(shù)如果計算得到的波形系數(shù)γ≈1，則輸入周期信號波形為正弦波；如果計算得到的波形系數(shù)γ≈0.637，則輸入周期信號波形為方波；如果計算得到的波形系數(shù)γ≈0.39，則輸入周期信號波形為三角波，這樣就能判斷輸入波形的種類。

優(yōu)選地，N＝500。

優(yōu)選地，所述PLC單元為具有多路輸入和輸出的繼電器陣列。

優(yōu)選地，所述顯示單元為液晶屏或TFT彩屏。

優(yōu)選地，所述可編程控制器為FPGA可編程控制器或MCU可編程控制器。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1)、本發(fā)明通過采用可編程控制器來控制測試進程，整體測試過程可自動化進行，測試時間短，準(zhǔn)確率高；

2)、本發(fā)明由于波形輸入單元可以接入多個不同幅值和/或不同頻率和或不同種類的周期波形信號，并且可以與測試裝置實現(xiàn)精確連接，因而其適用面廣、整體成本低；

3)、本發(fā)明的測試裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，并可滿足用戶的個性化測試需求。

附圖說明

圖1是按照本發(fā)明的伺服驅(qū)動板卡測試裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是按照本發(fā)明的伺服驅(qū)動板卡測試裝置的工作原理示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-液晶顯示屏 2-信號輸入接口(4個通道) 3-通道選擇按鈕(4個通道) 4-通道全選通按鈕 5-通道全取消按鈕 6-輸入信號公共端(COM)7-電源接口 8-電源開關(guān)

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就能相互組合。

參照圖1、圖2，所述信號輸入單元用于將測試周期信號波形接入測試裝置，本信號輸入單元位于測試裝置的前面板上，一共有4路波形輸入接口。測量時，一次最多只能接入4路波形信號，只需要將四路波形信號通過接口座引入測試裝置即可。

所述鍵盤單元用于輸入通道選擇按鍵信息給可編程控制器，鍵盤單元上有6個按鈕，分別是通道1選擇按鈕、通道2選擇按鈕、通道3選擇按鈕、通道4選擇按鈕、通道全選按鈕、通道選擇取消按鈕；可編程控制器根據(jù)按鍵信息來控制PLC單元，通過PLC單元來選擇哪一路波形輸入到測試裝置之中。具體的，如果按下通道1選擇按鈕則第一路波形接入測試裝置之中，同理通道2、3、4選擇按鈕的功能也是如此。如果按下通道全選按鈕，則通道1、2、3、4四路通道輪流接通，輪流接通時間周期為10秒鐘。如果按下通道選擇取消按鈕，則通道1、2、3、4四路通道全部斷開，沒有任何一路波形信號接入測試裝置。

所述PLC單元用于輸入通道選擇，可編程控制器獲取鍵盤單元的按鍵信息之后，控制PLC單元進行相應(yīng)的動作。具體的，如果按下通道1選擇按鈕則PLC單元將第一路波形接入測試裝置之中，同理通道2、3、4選擇按鈕的功能也是如此。如果按下通道全選按鈕，則通道1、2、3、4四路通道由PLC單元控制后輪流接通，PLC單元輪流接通時間周期為10秒鐘。如果按下通道選擇取消按鈕，則PLC單元將通道1、2、3、4四路通道全部斷開，沒有任何一路波形信號接入測試裝置。

所述信號采集處理單元由兩部分功能電路組成。一部分功能電路由信號調(diào)理電路以及波形整形電路構(gòu)成，其中信號調(diào)理電路又包括分頻電路和幅值調(diào)整電路，幅值調(diào)整電路作用是將波形幅值放大或縮小到合適的測試范圍，不然波形電壓幅值過大會損壞電路；分頻電路的作用是將波形頻率范圍縮小到合適的測試范圍，波形頻率太大則可編程控制器無法正常測試處理波形；波形整形電路的作用是將輸入的如正弦、三角、方波等主流周期信號波形轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?，可編程控制器處理并計算得到方波信號的頻率。具體的可以將方波輸出信號接到單片機的中斷功能引腳，利用單片機的定時器以中斷計數(shù)方式測量方波信號的頻率，或者將方波輸出信號接到FPGA的引腳上，F(xiàn)PGA計算輸入引腳上方波兩個上升沿的時間差，得到波形的周期，根據(jù)周期(整形后的方波周期與輸入的周期信號波形的周期相等)計算得到頻率，所以此功能電路的作用就是得到周期波形信號的頻率大小。另一部分功能電路由信號調(diào)理電路、AD采樣保持電路、AD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；其中信號調(diào)理電路包括分頻電路和幅值調(diào)整電路，幅值調(diào)整電路作用是將波形幅值放大或縮小到合適的測試范圍，分頻電路的作用是將波形頻率范圍縮小到合適的測試范圍；AD采樣保持電路的作用是保持采樣值在AD轉(zhuǎn)換的時間內(nèi)不變，快速采樣可以得到理想的(能反映原模擬信號特征)的采樣信號；保持該采樣值不變，可以保證AD轉(zhuǎn)換的精度，消除轉(zhuǎn)換誤差；AD轉(zhuǎn)換電路的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，這樣可以計算得到波形的幅值大小。通過波形的幅值大小，進過計算可以得到波形的種類，其測試原理如下：可編程控制器根據(jù)方波的信號頻率得到所測波形的信號周期，可編程控制器以此信號周期的大小來設(shè)置AD的采樣周期，對輸入信號進行一個周期的采樣，確定采樣點N的個數(shù)(本裝置采樣點個數(shù)N設(shè)定為500)，這樣可以得到N個采樣點的電壓值，利用算法對這N個采樣值進行排序，得到N個采樣電壓的最大電壓值和最小電壓值，它們的差值就是波形信號的峰峰值；然后再根據(jù)波形電壓有效值的定義對一個周期類的N點采樣值進行離散數(shù)值計算，波形電壓有效值U_eff的計算公式如下：

$U_{eff}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{U}_k^2}$

式中U_k為第k次的采樣值，N為1個周期的采樣點數(shù)。波形電壓有效值U_eff計算出來之后，再根據(jù)傅里葉算法計算周期波形信號的基波有效值?；ǚ至恐姓也ê陀嘞也ǖ姆捣謩e為：

$a=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\]$

$b=\frac{1}{N}\[x_0+2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+x_N\]$

式中x_k為第k次的采樣值，N為1個周期的采樣點數(shù),x₀和x_k分別是k＝0和k＝N時的采樣值。那么基波的有效值計算公式為式中a,b為基波分量中正弦波和余弦波的幅值?；ǖ挠行е涤嬎愠鰜碇?，根據(jù)波形系數(shù)γ的定義，γ為基波有效值與波形電壓有效值的比值，即如果計算得到的波形系數(shù)γ≈1，則輸入周期信號波形為正弦波；如果計算得到的波形系數(shù)γ≈0.637，則輸入周期信號波形為方波；如果計算得到的波形系數(shù)γ≈0.39，則輸入周期信號波形為三角波，這樣就能判斷輸入波形的種類。

所述輸出顯示單元用于將所獲得的測試結(jié)果予以顯示，主要顯示波形的種類、頻率、峰峰值。

所述可編程控制器用于控制顯示單元、PLC單元、信號采集處理單元，以及讀取處理鍵盤單元的按鍵信息。

作為進一步優(yōu)選地，所述可編程控制器為基于單片機或FPGA的可編程控制器。

作為進一步優(yōu)選地，所述信號采集處理單元中的信號調(diào)理電路，其分頻電路可以自由選擇分頻電路芯片，較低頻率(小于10MHz)可以選擇分頻芯片74HC393，較高頻率(大于10MHz)可以選擇分頻芯片MB506。本發(fā)明選擇分頻芯片選擇74HC393，因此本測試裝置只能測試頻率小于10MHz的周期波形頻率信號。如果所測試頻率較高，用戶可以根據(jù)需要選擇MB506，此芯片的最高接入頻率高達2.4GHz。

作為進一步優(yōu)選地，所述可編程控制器按照預(yù)設(shè)的檢測程序來檢測波形頻率、種類、峰峰值?？删幊炭刂破饕部梢愿鶕?jù)用戶的需求，設(shè)置個性化的檢測程序。例如用戶僅僅只需要檢測波形的種類，而且所測波形為正弦波，那么只需要在程序中設(shè)定，如果計算得到的波形系數(shù)γ接近1，那么可以直接顯示波形測試PASS，否則顯示波形測試FAIL。用戶僅僅只需要檢測波形的頻率，而且所測波形為10KHz，那么只需要在程序中設(shè)定，如果計算得到的頻率接近10KHz，那么可以直接顯示波形測試PASS，否則顯示波形測試FAIL。

作為進一步優(yōu)選地，所述輸出顯示單元可以是LCD液晶屏或TFT彩屏。

參照如圖1，按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的測試裝置主要包括液晶顯示屏1，信號輸入接口2(具有4個通道)，通道選擇按鈕3(具有4個通道)，通道全選通按鈕4，通道全取消按鈕5，輸入信號公共端6(COM)，電源接口7，電源開關(guān)8；裝置主體呈盒狀，其內(nèi)部安裝有電源轉(zhuǎn)換模塊以及相關(guān)功能測試電路板等元件，并在其正面設(shè)置有用于顯示測試結(jié)果的液晶顯示屏1；液晶顯示屏1的下方是用于輸入待測信號的信號輸入接口2(具有4個通道)；用于選擇接入信號通道的通道選擇按鈕3；用于接入待測試信號參考地的輸入信號公共端6(COM)；用于將4路待測信號全部選通接入的通道全選通按鈕4；用于將4路待測信號全部斷開的通道全取消按鈕5。測試裝置的側(cè)面是電源接口7和電源開關(guān)8，用于給測試裝置供電。

參照圖2，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明工作原理相關(guān)的部分，結(jié)合本發(fā)明實施例的工作過程，詳述如下：

將供電電壓源通過電源線引入電壓測試裝置的電源接口7上，將帶測試的周期波形信號(頻率小于10MHz的正弦、三角、方波信號)接入到信號輸入接口(4個通道)2上，用戶可以根據(jù)測試需求選擇接入單路或是多路，但一次最多只能接入4路待測信號；將待測試信號的參考地接入到輸入信號公共端(COM)6上。信號以及其參考地全部接入完成之后，打開電源開關(guān)8，通過按下通道選擇按鈕(4個通道)3上的按鈕選擇哪一路信號接入到測試裝置中，從左到右的4個按鈕依次對應(yīng)通道1到4；按下對應(yīng)的按鈕，則該對應(yīng)的通道被選中。如果用戶需要將4路信號一次全部接入測試裝置中，則可以直接按下通道全選通按鈕4；在測試過程中用戶如果需要斷開所有的信號輸入，只需要按下通道全取消按鈕5；以上通道的接入控制是可編程控制器根據(jù)按鈕的選擇情況來控制PLC單元的通斷來實現(xiàn)的。待測信號接入測試裝置之后，信號進入置于測試裝置盒內(nèi)的功能測試電路板上，功能測試電路板上的信號采集處理單元對接入信號進行信號調(diào)理、波形整形、AD采樣、AD轉(zhuǎn)換等處理，可編程控制器計算得到波形的頻率、峰峰值、波形系數(shù)，最后通過分析波形系數(shù)的大小得到波形的種類；最終的測試結(jié)果顯示在液晶顯示屏1上；本測試裝置最終顯示的結(jié)果由三項分別是頻率、種類、峰峰值。

在本發(fā)明的周期信號波形測試裝置中，所選用的電路已能滿足測試需求；但是用戶仍可以根據(jù)需要改變可編程控制器、信號調(diào)理電路、AD采樣保持電路以及AD轉(zhuǎn)換電路的種類和型號。本波形測試裝置可以實現(xiàn)對多種不同類型、不同頻率，不同幅值的周期波形信號的測試，本波形測試裝置不局限于單一種類波形的測試，因而是一種高效、操作簡單、適用范圍廣的測試裝置。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。