一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器制造技术

本实用新型专利技术属于电子测量测试仪器仪表领域，提出了一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器，包括信号调理电路，Zynq‑7010控制器以及计算机，所述信号调理电路的输入端与信号源连接，输出端与Zynq‑7010控制器的输入端连接，所述Zynq‑7010控制器的输出端与计算机连接，所述计算机内设置有LabVIEW用户界面模块，用于显示所述Zynq‑7010控制器传输的信号；所述Zynq‑7010控制器包括ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块、DMA数据传输模块、时钟模块和FPGA控制模块。本实用新型专利技术实时性强，便捷易携带，可广泛应用于实验室等电子领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器
本技术属于电子测量测试仪器仪表领域，具体涉及一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器。
技术介绍
示波器是现代电子测量、仪器仪表领域常用的电子测量仪器之一，主要用来观测、测量与记录各种瞬时和连续的电信号变化情况，并以直观的形式显示出来，帮助检测人员更好地了解波形的现象。传统模拟示波器的高扫描频率以及实时性是其很大的优点，但在频率较低以及非周期、瞬变的信号观测上却无能为力。而数字示波器虽然有一定的功能扩展，但成本高昂，且这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求很高，生产突破有困难。而虚拟仪器技术的发展，弥补了传统仪器的这种短板。虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点；相应的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的软件升级即可改进整个系统；在驱动和应用两个层面上，其高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起；虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。
技术实现思路
本技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可无失真、实时地采集信号并显示的多功能虚拟示波器。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器，包括信号调理电路，Zynq-7010控制器以及计算机，所述信号调理电路的输入端与信号源连接，输出端与Zynq-7010控制器的输入端连接，所述Zynq-7010控制器的输出端与计算机连接，所述计算机内设置有LabVIEW用户界面模块，用于显示所述Zynq-7010控制器传输的信号；所述Zynq-7010控制器包括ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块、DMA数据传输模块、时钟模块和FPGA控制模块，所述ADC数据采集模块的输入端与所述信号调理电路的输出端连接，所述ADC数据采集模块的输出端与所述FIFO数据缓冲模块的输入端连接，所述FIFO数据缓冲模块的输出端与所述DMA传输模块的输出端连接，所述DMA传输模块的输出端与所述计算机连接，所述FPGA的输出端与所述ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块和DMA数据传输模块的控制端连接，所述时钟模块与所述FPGA的输入端连接，用于给所述FIFO提供控制时钟。所述信号调理电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2，所述第一运算放大器U1的第一输入正极连接第一信号源，第一输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与第二运算放大器U2的第一输入正极连接，所述第一运算放大器U1的第一输出端与第一输入负极连接，所述第一运算放大器U1的第二输入正极连接第二信号源，第二输出端与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与第二运算放大器U2的第二输入正极连接，所述第一运算放大器U1的第二输出端与第二输入负极连接；第二运算放大器U2的第一输入端经电容C1后接地，第二运算放大器U2的第二输入端经电容C2后接地，第二运算放大器U2的第一输出端和第二输出端作为所述信号调理电路的输出分别与所述Zynq-7010控制器的ADC数据采集模块的输入端连接，第二运算放大器U2的第一输出端经电阻R2与第二运算放大器U2的第一输入负极连接，第二运算放大器U2的第二输出端经电阻R4与第二运算放大器U2的第二输入负极连接。所述第一运算放大器U1和第二运算放大器U2为LM358运算放大器，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4阻值为1.6kΩ，所述电容C1和电容C2的电容值为47nF。所述Zynq-7010控制器的输出端通过USB模块或无线WiFi模块与计算机通信连接。本技术与现有技术相比具有以下有益效果：本技术提出了一种多功能虚拟示波器，Zynq-7010控制器包括ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块、DMA数据传输模块、时钟模块和FPGA控制模块，通过Zynq-7010控制器的内部ADC数据采集模块，可以对信号进行分时采样，可以实现双通道采集，可对带宽10kHz，幅值±10V内的信号进行无失真采集，采样宽度为12位，实现了从信号采集到最终信号波形显示与存储的功能，因此，本技术的多功能示波器实时性强，便捷易携带，可用于实验室等电子领域工作人员即时的基本信号观测。附图说明图1为本技术实施例提出的一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器的结构示意图；图2为本技术实施例中信号调理电路的电路连接示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图1所示，本技术实施例提供了一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器，包括信号调理电路，Zynq-7010控制器以及计算机，所述信号调理电路的输入端与信号源连接，输出端与Zynq-7010控制器的输入端连接，所述Zynq-7010控制器的输出端与计算机连接，所述计算机内设置有LabVIEW用户界面模块，用于显示所述Zynq-7010控制器传输的信号；所述Zynq-7010控制器包括ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块、DMA数据传输模块、时钟模块和FPGA控制模块，所述ADC数据采集模块的输入端与所述信号调理电路的输出端连接，所述ADC数据采集模块的输出端与所述FIFO数据缓冲模块的输入端连接，所述FIFO数据缓冲模块的输出端与所述DMA传输模块的输出端连接，所述DMA传输模块的输出端与所述计算机连接，所述FPGA的输出端与所述ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块和DMA数据传输模块的控制端连接，所述时钟模块与所述FPGA的输入端连接，用于给所述FIFO提供控制时钟。计算机内设置有LabVIEW用户界面模块，可以对接收到的采集信号进行分析处理，完成波形显示、特性参数测量、频谱分析显示，触发记录、波形存储与回放等一系列常用按键与功能。对于Zynq-7010控制器来说，若直接调用库函数对模拟输入端进行操作，最高采样频率只能达到50kHz，而且仅提供单个采样输入端，而根据香农采样定律：采样频率应不小于所采集模拟信号频谱中最高频率的2倍，而在实际信号采样中，仅大于最高频率的2倍，所采样转换后的数字信号仍不能很好的还原波形，一般要求在10~20倍。所以对于双通道采集来说，每个采集通道的采样率应最好在100kHz以上，而Zynq-7010内部ADC采样精度为12位，模拟输入端极限采样率为500kS/s，足以实现采样要求。因此，通过在Zynq-7010控制器中设置FIFO数据缓冲模块、DMA数据传输模块，可以实现10kHz的双通道采集。其中，FIFO数据缓冲模块的模式选择为“TargettoHost”，FIFO深度设置为10000，如此配置可以满足带宽10kHz，采样宽度为12位的采集要求，而且可以节省本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器，其特征在于，包括信号调理电路，Zynq‑7010控制器以及计算机，所述信号调理电路的输入端与信号源连接，输出端与Zynq‑7010控制器的输入端连接，所述Zynq‑7010控制器的输出端与计算机连接，所述计算机内设置有LabVIEW用户界面模块，用于显示所述Zynq‑7010控制器传输的信号；所述Zynq‑7010控制器包括ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块、DMA数据传输模块、时钟模块和FPGA控制模块，所述ADC数据采集模块的输入端与所述信号调理电路的输出端连接，所述ADC数据采集模块的输出端与所述FIFO数据缓冲模块的输入端连接，所述FIFO数据缓冲模块的输出端与所述DMA传输模块的输出端连接，所述DMA传输模块的输出端与所述计算机连接，所述FPGA的输出端与所述ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块和DMA数据传输模块的控制端连接，所述时钟模块与所述FPGA的输入端连接，用于给所述FIFO提供控制时钟。

【技术特征摘要】
1.一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器，其特征在于，包括信号调理电路，Zynq-7010控制器以及计算机，所述信号调理电路的输入端与信号源连接，输出端与Zynq-7010控制器的输入端连接，所述Zynq-7010控制器的输出端与计算机连接，所述计算机内设置有LabVIEW用户界面模块，用于显示所述Zynq-7010控制器传输的信号；所述Zynq-7010控制器包括ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块、DMA数据传输模块、时钟模块和FPGA控制模块，所述ADC数据采集模块的输入端与所述信号调理电路的输出端连接，所述ADC数据采集模块的输出端与所述FIFO数据缓冲模块的输入端连接，所述FIFO数据缓冲模块的输出端与所述DMA传输模块的输出端连接，所述DMA传输模块的输出端与所述计算机连接，所述FPGA的输出端与所述ADC数据采集模块、FIFO数据缓冲模块和DMA数据传输模块的控制端连接，所述时钟模块与所述FPGA的输入端连接，用于给所述FIFO提供控制时钟。2.根据权利要求1所述的一种基于可扩展平台的多功能虚拟示波器，其特征在于，所述信号调理电路包括第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C1、电容C2，所述第一运算放大器U1的第一输入正极连接第一信号源，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红亮，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：新型
国别省市：山西,14