[发明专利]一种信号的时域和频域分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号采集分析领域，具体为一种信号的时域和频域分析系统。

背景技术

信号的时域和频域分析，是电子产品研发、生产和维修过程中的重要方法。示波器和频谱分析仪可以对信号进行时域和频域分析，但成本较高，并且不能直接对数字信号进行时域分析和频域分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种信号的时域和频域分析系统，具有成本低、能直接对数字信号进行时域分析和频域分析的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种信号的时域和频域分析系统，系统包括计算机、信号采集卡和MATLAB软件，计算机通过USB接口电连接信号采集卡，计算机上安装MATLAB软件。

优选的，信号采集卡包括ADC电路、主控电路、通信电路、电源电路、按键开关电路和时钟电路，通信电路电连接USB接口，通信电路电连接主控电路，主控电路电连接ADC电路。

优选的，MATLAB软件的界面包括按键面板、数据显示面板以及波形显示三大模块。

优选的，MATLAB软件采用“图形用户界面设计工具(GUI)”设计界面，在MATLAB中控制计算机与采集卡的通信、对数据进行时域分析、频域分析以及显示采集信号的时域和频域波形。

优选的，信号采集卡由计算机的USB接口提供5V电源，采集卡上的其他电路还需要3.3V、2.5V和1.2V电源。

优选的，ADC电路包括衰减偏移电路和采样电路。

优选的，主控电路由Xilinx公司的FPGA芯片XC3S500E构建，以Xilinx公司提供的ISE 14.7为软件平台。

优选的，通信电路由CH341构建，为用于USB总线与串口进行转换的转接芯片，计算机的USB接口的D+和D-分别连接CH341的7脚和8脚，CH341的串行数据输入脚(4脚)和串行数据输出脚(3脚)分别连接FPGA的对应引脚。

优选的，电源电路通过稳压芯片AMS1117-3.3、AMS1117-2.5、AMS1117-1.2对电压进行转换。

优选的，按键开关电路外接一个按键和一个拨码开关，拨码开关用于选择采集信号的类型，即采集信号是模拟信号还是数字信号，按键用于对采集卡进行复位。

优选的，时钟电路采用50MHz有源晶振为系统提供时钟，该时钟在FPGA内分频成需要的时钟频率。

优选的，衰减偏移电路由AD8056芯片构建，其功能是将模拟信号输入端的电压从-5V至+5V转换到0V至2V，转换关系如下：

当输入信号V_IN为5V时，V_AD为2V；当V_IN为-5V时，V_AD为0V。

优选的，采样电路由AD9280芯片构建，AD9280为一款单芯片、8位、32MSPS模数转换器。

优选的，FPGA芯片的配置储存器为Xilinx公司的串行FLASH存储器XCF04S。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的信号的时域和频域分析系统，采用计算机、信号采集卡和MATLAB软件，计算机上安装MATLAB软件，计算机通过USB接口为信号采集卡供电以及与信号采集卡进行通信，信号采集卡既可以采集模拟信号也可以采集数字信号，信号采集卡包括ADC电路、主控电路、通信电路、电源电路、按键开关电路和时钟电路，模拟信号由主控电路控制ADC电路进行采集并送入主控电路中做缓存处理，数字信号直接由主控电路采集存储，主控电路控制传输模块将存储的数据依次传送给计算机，MATLAB软件的界面包括按键面板、数据显示面板以及波形显示要包括三大模块，MATLAB软件采用“图形用户界面设计工具(GUI)”设计界面，在MATLAB中控制计算机与采集卡的通信、对数据进行时域分析、频域分析以及显示采集信号的时域和频域波形，代替了示波器和频谱分析仪对信号进行时域和频域分析，减少了成本，并且能直接对数字信号进行时域分析和频域分析。

附图说明

图1为本发明的采集卡的硬件结构框图；

图2为本发明的上位机程序流程图；

图3为本发明的对正弦波信号进行采集的时域和频域波形图。

具体实施方式