CN103529263A

CN103529263A - Usb接口多功能仪器

Info

Publication number: CN103529263A
Application number: CN201210229817.7A
Authority: CN
Inventors: 李鹏宇; 段永颢; 程中楠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-01-22

Abstract

USB接口多功能仪器，包括单片机系统1、单片机系统2、USB接口、触发输入接口、数字量输入/输出接口、采样时钟输入/输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口、LCD显示输出接口。本发明设计USB接口多功能仪器优势在于通过USB接口配置不同的程序，实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器、数字信号发生器、频率发生器、模拟信号发生器、数字示波器、数字电压表；以及单片机系统1和单片机系统2组合实现混合信号示波器、数据记录器等功能。LCD显示接口输出各功能提示信息。USB接口多功能仪器支持热插拔、实时高速传输数据；实时采样频率可选择配置[1MHz，100MHz]；支持外部触发输入和外部采样时钟输入；采用双处理器架构、扩展仪器功能灵活、性价比高。

Description

USB接口多功能仪器

技术领域

本发明涉及USB接口、数字信号处理、模拟信号处理、微处理器控制领域，尤其是属于USB接口多功能仪器。

背景技术

USB(Universal Serial BUS)通用串行总线：是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在PC领域的接口技术。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。从1994年11月11日发表了USB V0.7版本以后，USB版本经历了多年的发展，到现在已经发展为3.0版本，成为目前电脑中的标准扩展接口。目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0，各USB版本间能很好的兼容。USB1.1的最高传输速率为12Mbps，USB2.0最高传输速率是480Mbps，USB3.0最高传输速率是5Gbps。

逻辑分析仪：利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定。由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级，通常只显示两个电压(逻辑1和0)，因此设定了参考电压后，逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定，高于参考电压者为High，低于参考电压者为Low，在High与Low之间形成数字波形。

数字示波器：数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。

信号发生器：一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。包括数字信号发生器和模拟信号发生器。

频率计数器：又称为频率计，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器。

脉冲计数器：数字系统中用得较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。

数字电压表：利用模-数转换原理测量电压值，并以数字形式显示测量结果的仪表。

传统的仪器一般都是单一功能，或者是数字示波器和逻辑分析仪组合在一起形成混合信号示波器。导致测试平台上摆放着很多仪器，占用空间大，连接线路复杂，每台仪器都价格昂贵。

发明内容

本发明设计USB接口多功能仪器优势在于提供双处理器架构，扩展仪器功能灵活、性价比高。灵活性在于通过USB接口配置不同的程序，实现不同的功能组合，具有广阔的应用前景。

本发明的有益效果在于：

1、灵活的USB接口配置程序，实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器、数字信号发生器、频率发生器、模拟信号发生器、数字示波器、数字电压表、混合信号示波器、数据记录器等功能。

2、人性化设计，不同仪器功能下LCD显示不同功能仪器的提示。

3、采样时钟可选择来自内部时钟还是外部时钟，实时采样频率可配置[1MHz，100MHz]。

4、支持外部触发输入，触发类型包括高电平、低电平、上升沿、下降沿。

3、USB接口实现高速数据传输，USB总线供电、支持热插拔、即插即用。

4、本发明设备轻便，不需要单独的电源供电，携带方便，既适合实验室使用，也适用于出差或野外使用。

附图说明

图1本发明结构原理框图

图2本发明单片机系统1实现逻辑分析仪程序流程框图

图3本发明单片机系统2实现示波器程序流程框图

具体实施方式

如图1所示为本发明结构原理框图。

包括单片机系统1、单片机系统2、USB接口、触发输入接口、数字量输入/输出接口、采样时钟输入/输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口、LCD显示输出接口。

其中单片机系统1包含USB接口模块、RAM程序执行模块、主控FIFO配置模块、触发输入模块、时钟输入/输出模块、数字量处理模块。

单片机系统2包含USB接口模块、RAM程序执行模块、从属FIFO配置模块、时钟输入模块、模数转换模块、模拟量处理模块、阻抗匹配和分压电路模块、运算放大器跟随电路、偏置电压电路。

单片机系统1数字量处理模块和数字量输入接口，实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器等功能；

单片机系统1数字量处理模块和数字量输出接口，实现数字信号发生器、频率发生器等功能；

单片机系统1数字量处理模块和模拟量输出接口，实现模拟信号发生器；

单片机系统2模拟量处理模块和模拟量输入接口，实现数字示波器、数字电压表等功能；

单片机系统1和单片机系统2组合实现混合信号示波器、数据记录器等功能。

以下结合附图2和附图3对本发明的逻辑分析仪和数字示波器具体实施方式进行详细说明，其他仪器功能通过USB配置不同程序，同理实现。

首先连接USB接口，通过USB集线器模块单片机系统1和单片机系统2上电或复位启动引导程序开始工作。

单片机系统1进行初始化功能、配置USB端点X、Y、Z。配置主控FIFO方式。判断端点X是否为忙状态？若端点X是忙状态，则进行端点Z是否忙状态判断。若端点X不是忙状态，则说明从端点X接收到命令，进行解析、执行端点X命令。包括采样率的解析和端点Y采集开始和端点Y采集结束。端点Y采集开始，LCD显示输出模块显示“逻辑分析仪和数字信号发生器采集开始”；端点Y采集结束，LCD显示输出模块显示“逻辑分析仪和数字信号发生器采集结束”。再判断端点Z是否为忙状态，若端点Z是忙状态，则重新进行端点X是否忙状态判断。若端点Z不是忙状态，则通过端点Z发送端点Y采集完成计数。最后再重复上述过程。单片机系统1逻辑分析仪流程框图详见附图2。

单片机系统2进行初始化功能、配置USB端点A、B。配置从属FIFO方式。判断端点AFIFO是否为满标志？若端点A不是满标志，则进行端点B是否忙状态判断。若端点A是满标志，则说明端点A本次采集完成，端点A采集完成计数累加1，端点A采集完成计数范围为[0，255]，启动下一次端点A采集。再判断端点B是否为忙状态，若端点B是忙状态，则重新进行端点A是否满标志判断。若端点B不是忙状态，则通过端点B发送端点A采集完成计数。最后再重复上述过程。单片机系统2示波器流程框图详见附图3。

上述的逻辑分析仪和数字示波器具体实施方式仅用于说明本发明，凡是依照本发明专利申请范围所描述的处理器架构、USB配置、工作原理等效变换或修饰，均包括本发明专利申请范围内。

单片机系统1程序流程框图详见图3。

Claims

1.USB接口多功能仪器，其特征是：

USB接口多功能仪器，包括单片机系统1、单片机系统2、USB接口、触发输入接口、数字量输入/输出接口、采样时钟输入/输出接口、模拟量输入接口、模拟量输出接口、LCD显示输出接口。

2.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于：通过USB接口和USB集线器模块，实现实时高速数据传输，USB接口支持热插拔、即插即用。

3.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于：通过USB接口配置不同的程序，单片机系统1和单片机系统2组合实现混合信号示波器、数据记录器等。单片机系统1和数字量输入/输出接口实现逻辑分析仪、脉冲计数器、频率计数器、数字信号发生器、频率发生器等。通单片机系统1和模拟量输出接口实现模拟信号发生器等。单片机系统2和模拟量输入接口实现数字示波器、数字电压表等。

4.如权利要求3所述的USB接口多功能仪器，其特征在于：LCD显示接口输出各功能提示信息的人性化设计。

5.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于：采样时钟可选择来自内部时钟还是外部时钟，实时采样频率可配置[1MHz，100MHz]。

6.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于：支持外部触发输入，触发类型包括高电平、低电平、上升沿、下降沿。

7.如权利要求1所述的USB接口多功能仪器，其特征在于：采用双处理器架构，单片机系统1负责处理数字电路部分、单片机系统2负责处理模拟电路部分；扩展仪器功能灵活、性价比高。