[实用新型]一种多功能虚拟电子仪器

说明书

技术领域

本发明涉及电子测量领域，尤其是涉及一种多功能虚拟电子仪器。

背景技术

随着计算机技术、集成电路技术、电子测量技术的高速发展，电子测量仪器在科学研究、实验教学以及工业生产中得到了广泛的应用。传统的电子测量仪器由于造价昂贵、集成度不高、体积庞大、携带不方便等原因，阻碍了其进一步的发展和应用，亟待一种解决方案改善现有电子仪器存在的弊端。

虚拟仪器相比于传统仪器主要的优点在于应用的灵活性以及功能强大性。在虚拟仪器中，硬件仅用于信号的输入输出。这样不仅减少了元器件的使用，节约了成本，提高了电路集成度，也使硬件体积更小，携带更加便捷。因此，虚拟仪器有逐步取代传统仪器的趋势。目前我国存在的虚拟电子测量仪器大都体积大、成本高、集成度低、携带不方便，或者硬件结构过于简单，缺少必要的硬件调理电路，因此没有得到大范围的推广和应用。

实验室是高等院校教学体系的重要组成部分，在培养学生科学素质、动手能力以及创新能力等方面发挥着巨大的作用。但由于实验室本身场地和课时的限制，使学生对实验室的一些常用电子测量仪器，例如信号发生器、示波器、万用表等仪器的使用并不熟练，这要求物理实验要不断引入新的实验方法，建立新的教学模式。

发明内容

为了解决高等院校实验室存在上述问题，本发明提供了一种多功能虚拟电子仪器。本发明结合虚拟仪器技术优势，设计出一种结合数字示波器、信号发生器、直流电压源、直流电压表、频率特性仪以及逻辑分析仪功能的虚拟电子仪器。

本发明通过借助计算机强大的数据处理能力，最大程度的减少了硬件的开销，从而使硬件电路体积更小、价格更加低廉、集成度更高、携带更加方便。不仅如此，本发明还拓宽了实验室的时空概念，打破了传统电子测试仪器的使用只能局限于实验室的障碍。只需要拥有一台计算机，学生便能够随时随地做实验，让学生最大限度地利用实验室资源，能进一步给学生以最大的自由空间，做到真正意义的全开放实验室。

本发明解决其技术问题的技术方案是：提供了一种多功能虚拟电子仪器，该虚拟电子仪器由人机交互模块、ARM控制模块、输入信号调理模块、DDS模块、输出信号调理模块、电源模块以及调试模块组成。其中人机交互模块和ARM控制模块之间通过USB 2.0接口进行通信，ARM控制模块与输入信号调理模块、DDS模块、输出信号调理模块以及调试模块有电性连接，DDS模块与输出信号调理模块具有电性连接，电源模块为其他各个模块提供所需电压。

所述的人机交互模块，利用计算机软件LABVIEW制作上位机界面，能够实现与下位机相互传递信息，从而实现人机交互。具体包括：信号发生器前面板界面设计及背面板程序设计；示波器前面板界面设计及背面板程序设计；直流电压表前面板界面设计及背面板程序设计；直流电压源前面板界面设计及背面板程序设计；频率特性仪前面板界面设计及背面板程序设计；逻辑分析仪前面板界面设计及背面板程序设计。

所述的ARM控制模块，采用ST公司生产的STM32F103系列单片机，负责与人机交互模块进行通信；负责通过片内ADC实现对输入信号调理模块调理后的信号进行采样；以及控制DDS模块、输出信号调理模块产生所需要的特定幅值、相位、频率、直流偏置的各种波形。

所述的DDS模块，负责输出频率、相位可调的正弦波、方波、三角波。DDS模块主要是通过器件AD9833实现的，输出信号的电压幅值为600mV。

所述的输出信号调理模块，具体包括幅值衰减电路、模数转换电路、差分放大电路，用于对DDS模块输出的600mV信号进行幅值调节和直流偏置，从而能够输出幅值范围在-4V～4V之间，直流偏置电压可调的正弦波、方波、三角波。

所述的输入信号调理模块，具体包括：开关电路、电压跟随器电路以及幅值调节电路，主要用于对幅值范围在-5V～5V外部输入信号进行幅值调节，使经过调理后的信号能直接被ARM控制模块的片内ADC采样。

所述的电源模块，能够产生5V，-5V，3.3V，2V四直流种电压，为其他各个模块提供各自所需电压。所述的调试模块，包括串口模块、程序下载模块、按键开关和贴片LED，这些模块是为了使仪器更加方便调试和使用。