本發明專利技術是以虛擬儀器技術作為解決方案，基于虛擬電子測量儀器集成系統總線VIIS-EM和系統控制器而設計的一種綜合信號發生器。硬件結構是VIIS-EM總線之上的一個板卡，承擔信號輸出任務，包括總線接口通信、DDS信號發生、信號調理三部分，充分利用了FPGA內部資源，技術成本大大降低，并提高了信號發生器的性能。軟件結構包括上層應用軟件和儀器驅動程序兩部分，實現的波形信號包括標準波形信號、任意波形信號、函數信號、掃頻信號、調制波形信號等幾大類。本發明專利技術改變了傳統硬件化信號發生器的整體設計思路，是在“虛擬電子測量儀器集成系統”這樣一個大的理念之下的一個獨立儀器單元，實現了一種以軟件為核心的虛擬信號發生器，并具有良好的軟件可重構性和開放性。
【技術實現步驟摘要】
本技術專利技術是一種虛擬綜合信號發生器，涉及虛擬儀器總線技術和電子測量
，具體講是一種以計算機為硬件平臺核心，基于虛擬電子測量儀器集成系統總線VIIS-EM(Virtual Instrument Integration System for Electronic Measuring),由系統控制器控制，用軟件方法生成的綜合信號發生器。
技術介紹
(I)在測量電子系統的電氣特性時，需要對該系統輸入必要的激勵信號，信號發生器就是一種能提供各種所需波形和參數，用作電子測量的激勵信號源。在科研、教學、生產和工程技術中有著廣泛的應用。電子測量中所需要的信號源有很多種，主要有標準波形信號發生器和任意波形/函數信號發生器兩大類，其中標準波形信號發生器輸出標準(基本)波形，如正弦波、方波、矩形波、三角波、鋸齒波等等，任意波形/函數信號發生器輸出用戶 自定義的任意波形，如掃頻信號、調制波形信號、隨機信號、偽隨機信號、噪聲信號等等。(2)虛擬儀器技術是計算機技術和儀器技術的深層次結合，其以計算機為基礎平臺，利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成測試、測量任務。儀器的操作、測量、控制、分析和顯示等功能均由軟件來實現，通過修改軟件即可修改或增減儀器的功能，充分體現了 “軟件就是儀器”的新概念和技術理念。虛擬儀器以其性價比高、靈活性好、功能豐富、速度快等優勢成為儀器儀表領域的研究熱點。(3)虛擬電子測量儀器集成系統是吉林大學虛擬儀器實驗室研發的一種基于虛擬儀器技術方案的模塊化儀器集成系統，系統采用“一個控制器加多個儀器模塊”的體系結構和設計思想，將各類通用的電子測量儀器模塊化、板卡化，通過所定義的專用儀器總線VIIS-EM集成到一個3U機箱中。VIIS-EM總線是專門為虛擬電子測量儀器集成系統定義的一種總線。系統控制器負責命令的解析與數據的傳輸，控制各功能模塊協調工作，并通過USB2. O接口與計算機通信。儀器模塊包括任信號發生器、示波器、頻譜分析儀、邏輯分析儀、LCR測試儀、集成電路測試儀等等。
技術實現思路
I.技術問題與本專利技術的目的(I)電子測量工作中所需要的信號波形種類很多，如
技術介紹
⑴所述，并且要求信號頻率范圍寬、可以方便調節、具有較高的精度。采用傳統硬件化信號發生器的技術方案來實現這一目標，往往是一種波形信號就需要一種特定的電子電路來實現，技術成本很高，且難以充分達到和滿足需求，因此硬件化的信號發生器品種繁多。(2)電子測量
需要一個能夠提供系列信號波形以作為電子測量激勵源的技術解決方案，也就是需要一個既能生成絕大多數常規波形信號，又能產生任意波形/函數信號，同時還能輸出用戶自定義信號的信號發生器。在最精簡的硬件系統設計方案前提下，采用以軟件為核心的虛擬儀器技術是這一技術問題的優選解決方案，因此可稱之為虛擬綜合信號發生器。(3)電子測量工作中，需要信號源、時間域、頻率域、數字域等各類電子測量儀器配合協同工作，因此將各類電子測量儀器集成于一個統一的平臺之上是電子測量儀器的發展趨勢，采用虛擬儀器總線技術實現這一系統集成，是最為有效的技術方案，因此稱之為虛擬電子測量儀器集成系統。虛擬綜合信號發生器是基于虛擬電子測量儀器集成系統體系結構的模塊化儀器之一。2.本專利技術的具體內容本技術專利技術是基于虛擬電子測量儀器集成系統總線VIIS-EM和系統控制器而設計的一種信號發生器。信號發生器硬件結構硬件結構包括總線接口通信模塊、DDS信號發生模塊、信號調理模塊三個主要部分。(I)總線接口通信模塊，主要包括微處理器和雙口 RAM寄存器，微處理器采用AT89C52型號單片機，微處理器通過雙口 RAM實現與系統總線接口的通信。 (2) DDS信號發生模塊，該部分利用FPGA來實現，是信號發生器的核心，包括時鐘發生、同步觸發控制、相位累加器、波形數據存儲器和D/A轉換。(3)信號調理模塊，包括放大電路和濾波電路等，它們將輸出的信號進行放大，濾波，并同時具有幅度調節，直流偏置調節，輸出哀減等功能，該部分由微處理器控制。信號發生器軟件結構信號發生器軟件結構包括上層應用軟件和儀器驅動程序兩部分。(I)信號發生器上層應用軟件采用圖形化虛擬儀器軟件開發平臺LabVIEW編寫，分為標準波形信號發生模塊，掃頻信號發生模塊，任意波形/函數信號發生模塊。在程序設計中，將程序劃分為輸入參數部分，調用外部程序部分以及輸出顯示信息部分。輸入參數部分用輸入控件表示參數的信息；調用外部程序部分采用LabVIEW中提供的CLF節點函數，通過CLF節點調用外部動態鏈接庫，將LabVIEW中的數據類型映射為儀器驅動程序中對應函數的參數；輸出顯示信息部分通過文本方式輸出操作的狀態。(2)、儀器驅動程序是根據可互換虛擬儀器驅動(IVI)的設計思想，將與儀器有關的I/o操作封裝成函數的形式，采用軟件Microsoft Visual C++編寫，為上層軟件提供調用函數的接口。在構建信號發生器應用程序時，按功能調用該模塊，無需了解和掌握低層的儀器命令集。信號發生器驅動程序對應用程序開發人員隱藏了儀器的細節，只對其調用程序提供了比較簡單高層的接口，而且每一個對外接口都實現了一個相對完整的功能。3.本專利技術的有益效果(I)本專利技術改變了傳統、經典、硬件化信號發生器的整體設計理念和設計思路，是在“電子測量儀器集成系統”這樣一個大的理念之下的一個儀器單元，是整個電子測量儀器集成系統的一個獨立模塊。虛擬綜合信號發生器電子系統的硬件結構是VIIS-EM總線之上的一個板卡。(2)本專利技術超越了模擬信號發生器和數字信號發生器的設計方案，實現了一種完全意義上的以軟件為核心和關鍵的虛擬信號發生器，是一款真正意義上的綜合信號發生器，波形與信號種類包括標準波形信號、任意波形信號、函數信號、掃頻信號、調制波形信號等幾大類。軟件實現儀器的測試功能和人機交互，是整個測試儀器的關鍵，所發生信號的參數由軟件進行控制，可以靈活定制用戶需求的波形，具有良好的的軟件可重構性和開放性。可根據實際情況進行更新和擴展，硬件承擔的任務是信號輸出，技術成本大大降低。(3)本專利技術利用FPGA編程所 實現的硬件功能在本專利技術中起到了重要而且良好的效果。充分利用了 FPGA的內部資源，將時鐘發生、同步觸發控制、相位累加器、波形數據存儲器等邏輯電路都集成在一片FPGA內部，增強了信號發生器的硬件可重構特性，提高了信號發生器的性能。附圖說明圖I虛擬綜合信號發生器硬件結構與功能框2信號調理電路結構框3FPGA上累加器的實現圖4. DAC接口電路圖5差分放大電路圖6. 9階橢圓濾波器圖7虛擬綜合信號發生器板卡實物8虛擬綜合信號發生器軟硬件層次結構模型圖9USB驅動程序工作流程10虛擬綜合信號發生器軟件結構方框IlDDS標準波形信號軟件程序框12DDS掃頻信號軟件程序框13DDS任意波形信號軟件程序框14虛擬綜合信號發生器軟件前面板具體實施例方式信號發生器硬件實施方式本實施方式中，基于VIIS-EM總線的虛擬綜合信號發生器的結構與功能框圖如圖I所示，(I)總線接口通信模塊，主要包括微處理器和雙口 RAM寄存器，微處理器采用AT89C52型號單片機，通過雙口 RAM實現與系統總線接口的通信。微處理器負責系統的初始化并處理系統總線發送過本文檔來自技高網...
【技術保護點】
電子測量技術領域需要一個能夠提供系列信號波形以作為測量系統激勵源的技術解決方案，本專利技術以虛擬儀器技術作為這一問題的解決方案，技術特征是實現了一種的以軟件為核心的基于虛擬電了測量儀器平臺的信號產生方案，是一款真正意義上的綜合信號發生器。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：張秉仁，林君，韋建榮，李冶，宋延轍，錢述進，趙吉祥，尹超平，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。