本发明专利技术是以虚拟仪器技术作为解决方案，基于虚拟电子测量仪器集成系统总线VIIS-EM和系统控制器而设计的一种综合信号发生器。硬件结构是VIIS-EM总线之上的一个板卡，承担信号输出任务，包括总线接口通信、DDS信号发生、信号调理三部分，充分利用了FPGA内部资源，技术成本大大降低，并提高了信号发生器的性能。软件结构包括上层应用软件和仪器驱动程序两部分，实现的波形信号包括标准波形信号、任意波形信号、函数信号、扫频信号、调制波形信号等几大类。本发明专利技术改变了传统硬件化信号发生器的整体设计思路，是在“虚拟电子测量仪器集成系统”这样一个大的理念之下的一个独立仪器单元，实现了一种以软件为核心的虚拟信号发生器，并具有良好的软件可重构性和开放性。
【技术实现步骤摘要】
本技术专利技术是一种虚拟综合信号发生器，涉及虚拟仪器总线技术和电子测量
，具体讲是一种以计算机为硬件平台核心，基于虚拟电子测量仪器集成系统总线VIIS-EM(Virtual Instrument Integration System for Electronic Measuring),由系统控制器控制，用软件方法生成的综合信号发生器。
技术介绍
(I)在测量电子系统的电气特性时，需要对该系统输入必要的激励信号，信号发生器就是一种能提供各种所需波形和参数，用作电子测量的激励信号源。在科研、教学、生产和工程技术中有着广泛的应用。电子测量中所需要的信号源有很多种，主要有标准波形信号发生器和任意波形/函数信号发生器两大类，其中标准波形信号发生器输出标准(基本)波形，如正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等等，任意波形/函数信号发生器输出用户 自定义的任意波形，如扫频信号、调制波形信号、随机信号、伪随机信号、噪声信号等等。(2)虚拟仪器技术是计算机技术和仪器技术的深层次结合，其以计算机为基础平台，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成测试、测量任务。仪器的操作、测量、控制、分析和显示等功能均由软件来实现，通过修改软件即可修改或增减仪器的功能，充分体现了 “软件就是仪器”的新概念和技术理念。虚拟仪器以其性价比高、灵活性好、功能丰富、速度快等优势成为仪器仪表领域的研究热点。(3)虚拟电子测量仪器集成系统是吉林大学虚拟仪器实验室研发的一种基于虚拟仪器技术方案的模块化仪器集成系统，系统采用“一个控制器加多个仪器模块”的体系结构和设计思想，将各类通用的电子测量仪器模块化、板卡化，通过所定义的专用仪器总线VIIS-EM集成到一个3U机箱中。VIIS-EM总线是专门为虚拟电子测量仪器集成系统定义的一种总线。系统控制器负责命令的解析与数据的传输，控制各功能模块协调工作，并通过USB2. O接口与计算机通信。仪器模块包括任信号发生器、示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、LCR测试仪、集成电路测试仪等等。
技术实现思路
I.技术问题与本专利技术的目的(I)电子测量工作中所需要的信号波形种类很多，如
技术介绍
⑴所述，并且要求信号频率范围宽、可以方便调节、具有较高的精度。采用传统硬件化信号发生器的技术方案来实现这一目标，往往是一种波形信号就需要一种特定的电子电路来实现，技术成本很高，且难以充分达到和满足需求，因此硬件化的信号发生器品种繁多。(2)电子测量
需要一个能够提供系列信号波形以作为电子测量激励源的技术解决方案，也就是需要一个既能生成绝大多数常规波形信号，又能产生任意波形/函数信号，同时还能输出用户自定义信号的信号发生器。在最精简的硬件系统设计方案前提下，采用以软件为核心的虚拟仪器技术是这一技术问题的优选解决方案，因此可称之为虚拟综合信号发生器。(3)电子测量工作中，需要信号源、时间域、频率域、数字域等各类电子测量仪器配合协同工作，因此将各类电子测量仪器集成于一个统一的平台之上是电子测量仪器的发展趋势，采用虚拟仪器总线技术实现这一系统集成，是最为有效的技术方案，因此称之为虚拟电子测量仪器集成系统。虚拟综合信号发生器是基于虚拟电子测量仪器集成系统体系结构的模块化仪器之一。2.本专利技术的具体内容本技术专利技术是基于虚拟电子测量仪器集成系统总线VIIS-EM和系统控制器而设计的一种信号发生器。信号发生器硬件结构硬件结构包括总线接口通信模块、DDS信号发生模块、信号调理模块三个主要部分。(I)总线接口通信模块，主要包括微处理器和双口 RAM寄存器，微处理器采用AT89C52型号单片机，微处理器通过双口 RAM实现与系统总线接口的通信。 (2) DDS信号发生模块，该部分利用FPGA来实现，是信号发生器的核心，包括时钟发生、同步触发控制、相位累加器、波形数据存储器和D/A转换。(3)信号调理模块，包括放大电路和滤波电路等，它们将输出的信号进行放大，滤波，并同时具有幅度调节，直流偏置调节，输出哀减等功能，该部分由微处理器控制。信号发生器软件结构信号发生器软件结构包括上层应用软件和仪器驱动程序两部分。(I)信号发生器上层应用软件采用图形化虚拟仪器软件开发平台LabVIEW编写，分为标准波形信号发生模块，扫频信号发生模块，任意波形/函数信号发生模块。在程序设计中，将程序划分为输入参数部分，调用外部程序部分以及输出显示信息部分。输入参数部分用输入控件表示参数的信息；调用外部程序部分采用LabVIEW中提供的CLF节点函数，通过CLF节点调用外部动态链接库，将LabVIEW中的数据类型映射为仪器驱动程序中对应函数的参数；输出显示信息部分通过文本方式输出操作的状态。(2)、仪器驱动程序是根据可互换虚拟仪器驱动(IVI)的设计思想，将与仪器有关的I/o操作封装成函数的形式，采用软件Microsoft Visual C++编写，为上层软件提供调用函数的接口。在构建信号发生器应用程序时，按功能调用该模块，无需了解和掌握低层的仪器命令集。信号发生器驱动程序对应用程序开发人员隐藏了仪器的细节，只对其调用程序提供了比较简单高层的接口，而且每一个对外接口都实现了一个相对完整的功能。3.本专利技术的有益效果(I)本专利技术改变了传统、经典、硬件化信号发生器的整体设计理念和设计思路，是在“电子测量仪器集成系统”这样一个大的理念之下的一个仪器单元，是整个电子测量仪器集成系统的一个独立模块。虚拟综合信号发生器电子系统的硬件结构是VIIS-EM总线之上的一个板卡。(2)本专利技术超越了模拟信号发生器和数字信号发生器的设计方案，实现了一种完全意义上的以软件为核心和关键的虚拟信号发生器，是一款真正意义上的综合信号发生器，波形与信号种类包括标准波形信号、任意波形信号、函数信号、扫频信号、调制波形信号等几大类。软件实现仪器的测试功能和人机交互，是整个测试仪器的关键，所发生信号的参数由软件进行控制，可以灵活定制用户需求的波形，具有良好的的软件可重构性和开放性。可根据实际情况进行更新和扩展，硬件承担的任务是信号输出，技术成本大大降低。(3)本专利技术利用FPGA编程所 实现的硬件功能在本专利技术中起到了重要而且良好的效果。充分利用了 FPGA的内部资源，将时钟发生、同步触发控制、相位累加器、波形数据存储器等逻辑电路都集成在一片FPGA内部，增强了信号发生器的硬件可重构特性，提高了信号发生器的性能。附图说明图I虚拟综合信号发生器硬件结构与功能框2信号调理电路结构框3FPGA上累加器的实现图4. DAC接口电路图5差分放大电路图6. 9阶椭圆滤波器图7虚拟综合信号发生器板卡实物8虚拟综合信号发生器软硬件层次结构模型图9USB驱动程序工作流程10虚拟综合信号发生器软件结构方框IlDDS标准波形信号软件程序框12DDS扫频信号软件程序框13DDS任意波形信号软件程序框14虚拟综合信号发生器软件前面板具体实施例方式信号发生器硬件实施方式本实施方式中，基于VIIS-EM总线的虚拟综合信号发生器的结构与功能框图如图I所示，(I)总线接口通信模块，主要包括微处理器和双口 RAM寄存器，微处理器采用AT89C52型号单片机，通过双口 RAM实现与系统总线接口的通信。微处理器负责系统的初始化并处理系统总线发送过本文档来自技高网...
【技术保护点】
电子测量技术领域需要一个能够提供系列信号波形以作为测量系统激励源的技术解决方案，本专利技术以虚拟仪器技术作为这一问题的解决方案，技术特征是实现了一种的以软件为核心的基于虚拟电了测量仪器平台的信号产生方案，是一款真正意义上的综合信号发生器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张秉仁，林君，韦建荣，李冶，宋延辙，钱述进，赵吉祥，尹超平，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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