CN102832909B - 一种便携式脉冲信号发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式脉冲信号发生器，包括外壳，以及设置在外壳内双面贴片的PCB电路板，所述PCB电路板上设置有主控芯片，以及与主控芯片相连的电源电路、按键控制电路、显示电路和脉冲输出隔离电路，脉冲输出隔离电路与脉冲输出电路相连。本发明所述的便携式脉冲信号发生器能够提供稳定的正负（上升沿和下降沿）5V电平信号脉冲输出；操作简单、实用；电路简单，成本较低；采用两面PCB贴片设计，体积小，便于携带；受磁场、环境温度等影响小，工作稳定、可靠；可通过静电和雷击浪涌等实验要求；提供两种电源接口，方便在室外没有市电的环境下通过笔记本电脑USB接口提供电源工作和被检测设备同步工作，大大提高了在野外设备检测工作效率。

Description

一种便携式脉冲信号发生器

技术领域

本发明涉及一种检测设备，尤其涉及一种用在检测设备上的便携式脉冲信号发生器。

背景技术

信号发生器作为一种激励源，按信号源的不同可分为混和信号源和逻辑信号源两种。其中混和信号源主要输出模拟波形；逻辑信号源输出数字码形。混和信号源又可分为函数信号发生器和任意波形/函数发生器，其中函数信号发生器输出标准波形，如正弦波、方波等，任意波/函数发生器输出用户自定义的任意波形；逻辑信号发生器又可分为脉冲信号发生器和码型发生器，其中脉冲信号发生器驱动较小个数的的方波或脉冲波输出，码型发生器生成许多通道的数字码型。

在电力行业工业控制产品中遥信单元是重要的组成电路部分，遥信单元主要用来检测设备外部变量和设备内部判断控制。市面上出售的数字波形触发器一般都是采用555触发器或NEC单片机来实现的，即都采用硬件来实现各种波形的产生和触发。这种数字波形触发器的PCB电路设计走线复杂、外围电路复杂、不易扩展功能、体积大、成本高，在外界试验中容易受到外部干扰信号的干扰而造成输出波形变形等。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种体积小巧、操作简便、抗干扰能力强的便携式脉冲信号发生器。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种便携式脉冲信号发生器，包括外壳，以及设置在外壳内双面贴片的PCB电路板，所述PCB电路板上设置有：

一电源电路，用于为主控芯片提供工作电压；

一按键控制电路，用于接收外部输入的控制指令和脉冲个数，并输出至主控芯片；

一显示电路，用于显示按键控制电路输入的脉冲个数；

一脉冲输出隔离电路，串接在主控芯片与脉冲输出电路之间，用于隔离主控芯片与脉冲输出电路；

一脉冲输出电路，用于与外部的用电管理终端的多个接线端子相连，向用电管理终端输出多路脉冲信号；

一主控芯片，用于根据按键控制电路接收的控制指令和脉冲个数，产生多路正负5V电平脉冲信号；并通过脉冲输出隔离电路和脉冲输出电路输出所述脉冲信号；

电源电路、按键控制电路、显示电路和脉冲输出隔离电路均与主控芯片电连接。

本发明的进一步设置在于，所述便携式脉冲信号发生器还包括一指示灯电路，所述指示灯电路包括4个LED灯及其外围电路。

本发明的进一步设置在于，所述主控芯片为EPM240T10015可编程逻辑控制芯片。

本发明的进一步设置在于，所述电源电路包括USB接口和DC输入接口。

本发明所述的便携式脉冲信号发生器，具有如下有益效果：

1.提供稳定的正负（上升沿和下降沿）5V电平信号脉冲输出；

2.操作简单、实用；

3.电路简单，成本较低；

4.采用两面PCB贴片设计，体积小，便于携带；

5.受磁场、环境温度等影响小，工作稳定、可靠；

6．可通过静电和雷击浪涌等实验要求；

7．提供两种电源接口，方便在室外没有市电的环境下通过笔记本电脑USB接口提供电源工作和被检测设备同步工作，大大提高了在野外设备检测工作效率。

附图说明

图1为本发明所述便携式脉冲信号发生器的结构框图；

图2为显示电路的原理图；

图3为段码控制电路的原理图；

图4为LED数码管电路的原理图；

图5为LED位段控制回路的原理图；

图6为按键控制电路的原理图；

图7为脉冲输出隔离电路和脉冲输出电路的原理图；

图8为电源电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种便携式脉冲信号发生器，包括外壳，以及设置在外壳内双面贴片的PCB电路板，所述PCB电路板上设置有主控芯片，以及与主控芯片相连的电源电路、按键控制电路、显示电路和脉冲输出隔离电路，脉冲输出隔离电路的输出端与脉冲输出电路相连。电源电路，用于为主控芯片提供工作电压；按键控制电路，用于接收外部输入的控制指令和脉冲个数，并输出至主控芯片；显示电路，用于显示按键控制电路输入的脉冲个数；脉冲输出隔离电路，串接在主控芯片与脉冲输出电路之间，用于隔离主控芯片与脉冲输出电路；脉冲输出电路，用于与外部的用电管理终端的多个接线端子相连，向用电管理终端输出多路脉冲信号；主控芯片，用于根据按键控制电路接收的控制指令和脉冲个数，产生多路正负5V电平脉冲信号；并通过脉冲输出隔离电路和脉冲输出电路输出所述脉冲信号。

其中，按键控制电路包含有7个按键，分别为脉冲上升沿和下降沿选择、启动按键、暂停按键、左右移动按键和加减按键，显示电路是由一个5位数值显示（从左至右分别表示万、千、百、十、个位）的数码管组成，表示最大脉冲个数范围在0-99999之间（以倒计数方式输出脉冲）。本发明还可以包括一指示灯电路，所述指示灯电路包括4个LED灯及其外围电路。4个LED指示灯分别为电源指示灯、上升沿脉冲和下降沿脉冲指示灯、暂停指示灯、脉冲输出指示灯。

主控芯片是便携式脉冲发生器的核心部分，本发明所有的控制部分和脉冲输出操作都由该高速逻辑器件来完成。本实施例中采用EPM240T10015可编程逻辑控制芯片作为主控芯片，EPM240T10015可编程逻辑控制芯片设计上外围电路少、抗干扰能力强、可实现多种不同规格的数字脉冲波形（方波、脉冲、正弦波），满足不同遥信检测设备的需求。由于EPM240T10015芯片内部采用了多级抗干扰处理，在加上本发明在外部电路上又做了脉冲输出隔离电路（主要包括TVS管和光耦继电器输出隔离）使抗电磁干扰能力远大于一般普通脉冲输出器产品，减少了在EMC实验中因静电、雷击浪涌，脉冲群干扰引起的烧毁EPM240T10015芯片问题。本发明中EPM240T10015可编程逻辑控制芯片4路并行输出减少了主控芯片IO口的占用，为以后扩展其他功能和减少外围电路设计提供了可能。主控芯片产生的每一路脉冲宽度最小为80ms±20ms，5V上升沿脉冲或下降沿脉冲，输出脉冲信号在时间上同步触发脉冲，不会因为延时造成其中一路脉冲输出个数少于其他几路脉冲个数。

图2所示为显示电路的原理图，显示电路由多个段码控制电路、LED数码管电路和LED位段控制回路组成。如图3所示，段码控制电路由主控芯片IO口DA出来的信号通过R1到N1基极放大控制信号，间隔控制数码管阴极电路，显示相应的数码段信息。如图4所示，LED数码管电路中R9-R12和R29-32为限流电阻，使LED段位工作稳定不会出现断码和显示不清晰现象，同时起保证显示亮度一致，提高LED数码管的使用寿命。如图5所示，LED位段控制回路通过N9基极放大，为LED数码段提供工作电流。

图6所示为按键控制电路的原理图，其中SW1为“启动”键，SW2为“暂停”键，SW3为“左移”键，SW4为“右移”键，SW5为“脉冲类型选择”键，SW6为“+”键，SW7为“-”键，SW8为“电平切换”键，每个按键都有硬件防抖处理，操作不易出现误动作。

图7所示为脉冲输出隔离电路和脉冲输出电路的原理图，图中U1控制输出信号IO口76-78和80脚输出触发信号至由N14、R74、R78组成的放大回路与外部控制输出通过U2-U5进行电气隔离，保护内部核心电路更可靠稳定工作，接口增加TVS器件Z1-Z4保护，增加抗干扰能力，来实现脉冲输出过程。

图8所示为电源电路的原理图，电源电路包括USB接口和DC输入接口，即支持两种电源工作模，USB（包括被测设备上自带有USB接口的硬件上取电）和外部DC供电通过D4-D5稳压管输出，使用起来更快捷方便。本实施例中采用高性能LDO电源芯片AIC1117-33，通过USB或DC供电，有外部几个滤波电容组成滤波电路，为主控芯片U1提供稳定的工作电源。DC-DC隔离电源模块U7，与外接脉冲输出电路连接完全电气隔离，保护核心器件，使设备脉冲输出工作更稳定。

本发明所述便携式脉冲信号发生器的工作过程如下：

便携式脉冲发生器通过外接USB或电压转化器提供工作电源，在产品正常工作状态下，逻辑编程控制芯片工作，此时产品上的电源指示灯点亮表示产品可以输出脉冲状态；在产品上有7个按键分别表示脉冲上升沿和下降沿选择、启动按键、暂停按键、左右移动按键和加减按键，4个发光LED指示灯分别表示电源指示灯、上升沿脉冲和下降沿脉冲指示灯、暂停指示灯、脉冲输出指示灯；数码管显示是有一个5位数值显示（从左至右分别表示万、千、百、十、个位）的数码管组成表示最大脉冲个数范围在0-99999之间可以认为选择（以倒计数方式输出脉冲）。可编程逻辑控制芯片程序是通过人为编写程序烧录进去执行的，具体脉冲宽度和脉冲频率范围也是通过程序控制。在实际使用过程中，如果需要上升沿脉冲或下降沿脉冲可以通过选择左边按键去选择、通过按键下面第一个指示灯亮、熄灭来观察选择的脉冲方式，当用户或测试人员需要设置脉冲个数的时候，就通过主界面上的6个按键来设置；如需要设置11111个脉冲输出，就通过左右移动按键来实现、在移动左右键的同时需要观察数码管下面的小数点来判断当前设置在第几位状态，在初始状态下全为00000时候是从左至右开始设置的，当人为设置需要设置11111是就通过右边的加减按键来实现，在设置好第一位1后，在通过左右按键移动到第2位数码管位置，也是通过加减按键对第二位数码设置为1，第三、四、五位按同样的方法都是通过左右按键移动和加减按键来设置后面的111，当设置完成后数码管显示就为：11111；在保证外面接的用电管理终端产品系列端子接线正确的情况下就可以按下启动按键执行脉冲输出，如中途需要停止，就可以通过按下暂停按键暂停脉冲输出，当需要再次接上次脉冲继续输出时候就按下暂停按键脉冲就继续上次倒计数状态下继续输出。在脉冲输出端注意脉冲“+”“-”极性需要和用电管理终端极型一致；脉冲输出部分那里是通过DC/DC 5V隔离电压输出到光耦输入端，保证输出脉冲电平稳定，也防止外部干扰信号串扰进入到逻辑控制电路，对主控逻辑控制芯片造成损坏。该产品输出的是一组数字方波信号，波形电平为±5V，波形脉冲宽度为80ms至1000ms±20ms，频率范围为5HZ-20HZ范围内；符合电能表输出脉冲信号工作要求。

以上所述为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的等同变化，皆应属本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种便携式脉冲信号发生器，其特征在于，包括外壳，以及设置在外壳内双面贴片的PCB电路板，所述PCB电路板上设置有：

一电源电路，用于为主控芯片提供工作电压；所述电源电路包括USB接口和DC输入接口；

一按键控制电路，用于接收外部输入的控制指令和脉冲个数，并输出至主控芯片；所述按键控制电路包含有7个按键，分别为脉冲上升沿和下降沿选择、启动按键、暂停按键、左右移动按键和加减按键，每个按键都设置有硬件防抖处理；

一显示电路，用于显示按键控制电路输入的脉冲个数；所述显示电路由多个段码控制电路、LED数码管电路和LED位段控制回路组成，段码控制电路由主控芯片IO口DA出来的信号通过放大控制信号，间隔控制数码管阴极电路，显示相应的数码段信息，LED数码管电路中包含限流电阻；

一脉冲输出隔离电路，串接在主控芯片与脉冲输出电路之间，用于隔离主控芯片与脉冲输出电路；

一脉冲输出电路，用于与外部的用电管理终端的多个接线端子相连，向用电管理终端输出多路脉冲信号；

一主控芯片，用于根据按键控制电路接收的控制指令和脉冲个数，产生多路正负5V电平脉冲信号；并通过脉冲输出隔离电路和脉冲输出电路输出所述脉冲信号；所述主控芯片为EPM240T10015可编程逻辑控制芯片；

一指示灯电路，所述指示灯电路包括4个LED灯及其外围电路，4个LED指示灯分别为电源指示灯、上升沿脉冲和下降沿脉冲指示灯、暂停指示灯和脉冲输出指示灯；

电源电路、按键控制电路、显示电路和脉冲输出隔离电路均与主控芯片电连接。