虛擬電子儀器信號系統(tǒng)檢測技術(shù)分析

黃英財（集美大學(xué)，福建 廈門 361021）

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虛擬電子儀器信號系統(tǒng)檢測技術(shù)分析

黃英財
（集美大學(xué)，福建 廈門 361021）

摘 要：隨著計算機(jī)技術(shù)的日益創(chuàng)新以及多行業(yè)的不斷滲透，計算機(jī)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展動力中不可或缺的因素，測量控制儀器行業(yè)在計算機(jī)技術(shù)的影響下正在發(fā)生顛覆性的變革?？v觀儀器行業(yè)的發(fā)展，虛擬技術(shù)的出現(xiàn)試一次測試性的革命。本文將對虛擬儀器的信號檢測技術(shù)進(jìn)行分析，借助邏輯分析儀工具，對實際案例進(jìn)行測試，從而總結(jié)虛擬電子儀器信號檢測技術(shù)原理。

關(guān)鍵詞：電子儀器；虛擬；邏輯分析；數(shù)字信號

儀器設(shè)備是由多個集成電路組成，如果其中某一個集成發(fā)生了故障，就會影響儀器的穩(wěn)定運行，因此數(shù)字信號系統(tǒng)檢測，就是對集成電路單元的檢測，保證儀器可靠運行的技術(shù)。

1　虛擬儀器技術(shù)簡介

20世紀(jì)美國公司就提出了將儀器簡單的模塊化的理念，并且首次公開了虛擬儀器平臺，模塊化就是通過數(shù)據(jù)采集+處理器+相應(yīng)開發(fā)軟件來實現(xiàn)硬件開發(fā)，從而降低成本和時間，提升效率。虛擬儀器對軟件平臺需求較高，將現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使得檢測儀器領(lǐng)域跨入創(chuàng)新技術(shù)時代。虛擬儀器的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在：豐富的自定義界面。核心軟件、兼容性和可擴(kuò)展性強(qiáng)。

2　數(shù)字信號系統(tǒng)檢測原理

2.1數(shù)字信號系統(tǒng)檢測基本思路

數(shù)字信號系統(tǒng)檢測就是對數(shù)字系統(tǒng)測試，得出結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而得出結(jié)論，數(shù)字信號系統(tǒng)檢測一般多用于對電路中的元器件檢測，從而判斷零部件的運行狀態(tài)。此外數(shù)字信號系統(tǒng)檢測也可以用于對被檢測的系統(tǒng)故障中，對故障進(jìn)行定位和分析，從而為檢修提供依據(jù)［1］。

2.2數(shù)字信號系統(tǒng)檢測工具

數(shù)字信號系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步，也帶動了檢測工具的進(jìn)步，目前常用的檢測工具主要有數(shù)字信號源、邏輯分析儀。邏輯分析儀將是本文著重進(jìn)行分析的檢測工具。目前市面上的邏輯分析儀品種較多，但是基本組成都相似，根據(jù)采樣和顯示上的區(qū)別分為定時和狀態(tài)兩種類型。

2.3邏輯分析儀組成原理

市面上有許多不同品牌的邏輯分析儀，但基本的組成原理都是相似的，都是由數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩個部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)捕獲部分結(jié)束后，才是進(jìn)入數(shù)據(jù)顯示單元。而數(shù)據(jù)捕獲的結(jié)構(gòu)包含了時鐘選擇、信號輸入、采樣、觸發(fā)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)存儲五個部分［2］。

2.4邏輯分析儀硬件關(guān)鍵模塊設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。探頭是前段輸入信號和邏輯分析儀之間的連接樞紐，因而最前端單元探頭十分關(guān)鍵，市場上有多種探頭任意選擇，但這些探頭都會受到自身阻抗干擾，在信號觀測中發(fā)生邊沿跳變，影響檢測數(shù)據(jù)信號，使信號失真。為了避免自身阻抗干擾，本文選擇TL3016作為電壓比較芯片，其優(yōu)勢在于以下方面：首選，TL3016只需10.6mA典型值達(dá)到7.6ns的延遲傳播，響應(yīng)十分迅速。其次，TL3016供電方面可任意選擇5V或者±5V，并且可直接驅(qū)動TTL電平的被測數(shù)字電路，節(jié)省PCB板，降低干擾。第三，TL3016具有可鎖存互補(bǔ)輸出，并且功耗較低，消耗一半的功率實現(xiàn)更高地速率運轉(zhuǎn)。

（2）微處理器模塊。在選取微處理器的型號時，要考慮性能指標(biāo)，而性能指標(biāo)取決于微處理器的質(zhì)量及能力。微處理器的選擇指標(biāo)主要考慮體積、功耗、控制功能、執(zhí)行效率等。本文選擇一款MCU即AT89S52。

（3）FPGA關(guān)鍵模塊。本文選擇ALTERA公司推出的 EP1C6T144C8型號。EP1C6T144C8芯片資源使用比例可以有效的顯示芯片邏輯塊、引腳及內(nèi)存的使用和剩余空間比例，進(jìn)行編譯（Ctrl+L）后得到如下圖 1所示，證明了選用EP1C6T144C8 芯片的正確性和合理性：

2.5邏輯分析儀軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

邏輯分析儀的軟件總體方案選擇各個單元逐步構(gòu)建方法，包括存儲數(shù)據(jù)及回放單元、波形及狀態(tài)顯示單元、數(shù)據(jù)操作單元、控制參數(shù)初始化單元。整個構(gòu)件過程依靠于LabVIEW編程，通過動態(tài)鏈接庫單元實現(xiàn)系統(tǒng)平臺的通訊，運用LabVIEW 編寫的程序模塊對其完成各種處理與多種方式顯示。如圖所示：

3　實測案例分析

本論文的實驗測試案例應(yīng)用單片機(jī)的最小系統(tǒng)，實驗電路如圖2所示。依據(jù)共陽極數(shù)碼管的特性能夠準(zhǔn)確計算出顯示0-F中任意一個數(shù)字時的8個不同邏輯電平（0，1）組合，數(shù)碼管與P口對應(yīng)關(guān)系及數(shù)據(jù)循環(huán)顯示時邏輯電平序列如表2所示。將測試電路連接到研制儀器的輸入端，通過結(jié)果顯示比對檢驗本次開發(fā)的邏輯分析儀的可行性。

圖1　芯片資源使用比例

圖2　案例電路

首先是測試前的準(zhǔn)備工作，按照電路圖連接好線路，并將四個I/O接口兩兩一組按照芯片管腳順與邏輯分析儀的輸入探頭相連接，例如P1.0-P1.7依次連接到邏輯分析儀的 1-8號或者9-15號探頭，連接和準(zhǔn)備工作確認(rèn)無誤之后，可以打開儀器和電源，對邏輯分析儀初始化，按照初始化的界面提示對應(yīng)的設(shè)備槽號，自己手工加載DLL文件，設(shè)定信號采樣率值，選取數(shù)據(jù)顯示（前8通道、后8通道、全部16通道）。全部設(shè)置完成之后可以點擊開關(guān)，開始觀察。

將游標(biāo)放在第一列并行序列中，顯示的數(shù)據(jù)字為 00001001，移動游標(biāo)放在第二列并行序列中，顯示的數(shù)據(jù)字為00010001，同理第三列并行序列為11000001，依次觀察，完全符合給出的邏輯電平序列，并是從數(shù)碼管顯示9時開始顯示并按照0-F順序循環(huán)下去；同樣針對后8通道和全部16通道的數(shù)據(jù)顯示可以得出，顯示的邏輯電平序列也與測試方案預(yù)期的輸出響應(yīng)一致且無干擾毛刺信號出現(xiàn)。

圖3　前8通道數(shù)據(jù)顯示

4　實測案例分析

本文在總結(jié)數(shù)字信號系統(tǒng)檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，以邏輯分析儀的檢測為案例分析，在對其基礎(chǔ)的硬件部分和軟件部分的模塊進(jìn)行設(shè)計后，針對實際的檢測案例實施，并分析結(jié)果，從而總結(jié)出邏輯分析儀的電子虛擬儀器的數(shù)字信號系統(tǒng)檢測技術(shù)，為進(jìn)一步的數(shù)字信號系統(tǒng)檢測技術(shù)的深入研究提供一定的理論借鑒。

參考文獻(xiàn)：

［1］王靜.一種基于FPGA的簡易邏輯分析儀的設(shè)計和實現(xiàn)［J］.價值工程.2012（26）: 92-95.

［2］龐利會，鄧先榮，王軍鋒.邏輯分析儀的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電力自動化設(shè)備.2012（09）: 47-50..

（責(zé)任編輯：吳湘銀）

中圖分類號：V448.15+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.050

文章編號：1672–7304（2016）01–0105–02

作者簡介：黃英財（1985-），男，福建廈門人，研究方向：電子儀器測量。

Analysis of virtual instrument signal system detection technology

HUANG Ying-Cai
（Jimei University， Xiamen Fujian 361021）

Abstract:With the development of computer technology which has become an indispensable factor in the development of the industry， caused a revolution of the measurement control instrument industry. this paper mainly analysis the signal detection technology of virtual instrument， summery the electronic instrument signal detection technology by practical case of logic analyzer.

Keywords:Electronic instrument； virtual； logic analysis； digital signal