一种可编程信号发生器及其信号发生方法技术

本发明专利技术公开了一种可编程信号发生器及其信号发生方法，属于信号源发生技术领域。本发明专利技术的信号发生器包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；信号发生器主体包括主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块和DAC数模转换模块；按键控制模块与主控单元的输入端相连，主控单元的输出端与显示模块相连；主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连。本发明专利技术的信号发生器可工作于上位机工作模式和本地工作模式，且可通过JTAG接口烧录程序入FPGA模块，实现特殊逻辑信号的定制。本发明专利技术集多种信号发生于一体，体积小，便携性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号源发生
，更具体地说，涉及。
技术介绍
在嵌入式产品的研发中，特别是近年来热门的物联网项目，通常需要使用大量的传感器设备来获取环境信息。在开发过程中通常需要构造真实使用环境下的条件，以便于产品的调试、设计和测试。如电冰箱的温控器的研发，真实情况下从温度传感器获取温度以判断是否驱动压缩机工作。在研发阶段如果使用信号发生器来代替温度传感器，模拟真实环境温度的变化，开发成本和周期都会得到有效降低。通常嵌入式产品的研发和测试所需要的信号主要包括:1)模拟电压信号；2) I/O开关信号；3) PWM信号(脉冲宽度调制信号)；4)函数/特殊要求的周期信号。而目前市场上的信号发生器主要有以下几种:1)普通信号发生器(如正弦信号，方波信号发生器);2)函数/特殊要求的函数波形发生器；3)脉冲信号发生器；4)逻辑数字信号发生器。这些信号发生器通常采用以下方法来实现信号的输出:(1)通过调节可调电阻器，以输出模拟电压信号；(2)通过拨动开关制造高低电平，以输出数字开发信号；(3)通过驱动DDS (直接数字式频率合成器)芯片，以输出PWM波形信号。上述信号发生器均存在输出波形的种类相对较为固定，难以满足不同用户需求的缺点，对于现在复杂的测试环境，往往一个测试项目需要不同种类的波形信号，输出波形单一极大的限制了信号发生器的使用。经检索，中国专利申请号为201110348058.1，申请日为2011年11月7日，专利技术创造名称为:正弦信号发生器，该申请案公开了一种信号发生器，其主要由电源、电压同步电路，控制模块，DDS模块，LPF低通平滑滤波器，液晶显示器以及键盘构成，该申请案基于DDS技术，通过设定DDS模块中相位累加器的位数、频率控制字以及时钟频率，然后将地址以查表的方式获取对应相位的信号幅度值，在经DAC数模转换器转换输出并利用LPF低通滤波器对信号进行平滑滤波，得到较为稳定的正弦信号波形。但受限于基于固定查表方式的波形产生方式，该信号发生器仅能输出正弦波，且由于DDS模块的波形输出频率依赖于频率控制字大小，当频率控制字较大时，相当于以跳点方式读取波形存储器，可能导致很多采样点无法准确复现，故该申请案不适合窄频率的瞬变应用场合。中国专利号为ZL201320015864.1的专利文献中，公开了一种全可编程任意波形发生器，该申请案主要包括FPGA传送单元、主控单元以及数模转换单元三大模块，其中主控单元由intel i7处理器和固态硬盘组成，FPGA传输单元由中央处理器和DDR3内存组成，其承载了 Linux操作系统，结合Matlab处理软件实现了任意波形信号的产生，配合高性能SSD硬盘以及FPGA的可编程特性可以实现最高2.5GHz的输出频率，且具有最高16位的转换精度。尽管该申请案扩展性较强、性能较优，但由于该申请案大量使用了较为高端的元器件和集成电路，使得设备体积大且成本高昂。此外，随着汽车、火车等动力机械的普及应用，对发动机性能的改进也成为了相关领域的研究热点，如果在发动机的研发阶段，使用信号发生器模拟真实发动机发送Crank(曲轴)信号和Cam (凸轮轴)信号，开发出优异性能的发动机所需的开发成本和开发周期也必将显著降低，然而，市场上现有的模拟发动机信号的信号发生器所产生的发动机曲轴与凸轮轴信号是固定的，只适用于某种固定的发动机机型。当发动机的曲轴凸轮轴传感器改变或者信号相位关系发生变化的时候，信号发生器就失效了，导致该类信号发生器的通用性较差，针对相关技术中发动机信号发生器只产生固定的发动机曲轴与凸轮轴信号，当信号源发生变化时信号发生器就会失效的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有信号发生器存在的:1)输出波形信号单一、输出信号可定制性不强；2)不支持特殊信号(如发动机的曲轴凸轮轴信号)的发送的不足，提供了一种集多种可定制独立信号源于一体的可编程信号发生器及其信号发生方法，本专利技术的开发成本低，能够在产生通用信号(方波、PWM脉冲信号以及开关信号等)的同时，支持一些特殊信号如发动机Crank/Cam信号的输出，此外由于内置可编程FPGA模块，可实现信号的定制化输出，借助于兼容本专利技术信号发生器通信协议的PC端信号调节软件，还可实现信号调节的自动化。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为:本专利技术的一种可编程信号发生器，包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元的输出端与显示模块相连，显示模块用于显示信号发生器所处的工作模式，以及输出信号的详细信息；主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连，所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连；所述的电源模块用于为信号发生器主体提供电源。更进一步地，所述的PC端信号调节模块为一台上位机，该上位机上安装有信号调节软件，所述的信号调节软件用于收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集的信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口发送给主控单元。更进一步地，所述的主控单元的主体为PIC单片机，该PIC单片机采用PIC18F系列的PIC18F4550单片机，所述的PIC单片机用于接收按键控制模块和PC端信号调节模块输入的信号，并对接收的信号进行分析处理，根据接收的信号类型通过SPI接口将信号分发到FPGA模块或DAC数模转换模块，控制FPGA模块产生逻辑信号或控制DAC数模转换模块进行信号转换。更进一步地，所述的FPGA模块采用XC3S250E-4VQG100C芯片，该FPGA模块接收PIC单片机发送的指令，产生PIC单片机指定的逻辑信号并输出到逻辑信号输出模块；所述的逻辑信号输出模块包括I/o开关信号输出端口、PWM脉冲信号输出端口和Crank/Cam信号输出端口。更进一步地，所述的FPGA模块还连接有JTAG接口，该FPGA模块通过JTAG接口烧录Verilog/VHDL程序，实现功能扩展和特殊逻辑信号的定制。更进一步地，所述DAC数模转换模块包括6个相互独立的DAC数模转换器，所述的DAC数模转换器采用10位并行数模转换器LTC1660N。更进一步地，所述的电源模块包括DC-DC电压转换模块和退耦电路，该DC-DC电压转换模块和退耦电路电连接，所述的DC-DC电压转换模块用于提供不同范围的电源电压，所述的退耦电路用于保护、稳定电路，电源模块通过USB接口与外部电源连接为信号发生器主体供电。本专利技术的一种可编程信号发生器的信号发生方法，所述的可编程信号发生器包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程信号发生器，其特征在于：包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元的输出端与显示模块相连，显示模块用于显示信号发生器所处的工作模式，以及输出信号的详细信息；主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连，所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连；所述的电源模块用于为信号发生器主体提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种可编程信号发生器，其特征在于:包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元的输出端与显示模块相连，显示模块用于显示信号发生器所处的工作模式，以及输出信号的详细信息；主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连，所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连；所述的电源模块用于为信号发生器主体提供电源。2.根据权利要求1所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的PC端信号调节模块为一台上位机，该上位机上安装有信号调节软件，所述的信号调节软件用于收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集的信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口发送给主控单元。3.根据权利要求2所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的主控单元的主体为Pic单片机，该PIC单片机采用PIC18F系列的PIC18F4550单片机，所述的PIC单片机用于接收按键控制模块和PC`端信号调节模块输入的信号，并对接收的信号进行分析处理，根据接收的信号类型通过SPI接口将信号分发到FPGA模块或DAC数模转换模块，控制FPGA模块产生逻辑信号或控制DAC数模转换模块进行信号转换。4.根据权利要求2或3所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的FPGA模块采用XC3S250E-4VQG100C芯片，该FPGA模块接收PIC单片机发送的指令，产生PIC单片机指定的逻辑信号并输出到逻辑信号输出模块；所述的逻辑信号输出模块包括I/O开关信号输出端口、PWM脉冲信号输出端口和Crank/Cam信号输出端口。5.根据权利要求4所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的FPGA模块还连接有JTAG接口，该FPGA模块通过JTAG接口烧录Verilog/VHDL程序，实现功能扩展和特殊逻辑信号的定制。6.根据权利要求5所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述DAC数模转换模块包括6个相互独立的DAC数模转换器，所述的DAC数模转换器采用10位并行数模转换器LTC1660N。7.根据权利要求6所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的电源模块包括DC-DC电压转换模块和退耦电路，该DC-DC电压转换模块和退耦电路电连接，所述的DC-DC电压转换模块用于提供不同范围的电源电压，所述的退耦电路用于保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旻，周振超，陆志刚，蒋嗣韬，张明思，
申请(专利权)人：南京富士通南大软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：