CN103944538B - 一种任意波形发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种任意波形发生装置，包括触摸屏，片上系统，同步动态随机存储器，Flash存储器和数模转换通道；所述片上系统包括嵌入式处理器和直接数字合成器，片上系统与所述触摸屏、同步动态随机存储器、Flash存储器和数模转换通道之间采用总线连接；所述触摸屏用于输入波形数据和频率控制信号；所述嵌入式处理器用于对存储在Flash存储器中的数据进行分析处理，并将处理结果的波形数据保存在同步动态随机存储器；所述直接数字合成器用于对存储在同步动态随机存储器的波形数据进行数控调制，并输出给数模转换通道进行数模转换后输出信号至示波器。采用本发明的技术方案，能够更好地实现了人机交互，尤其是在一些实验教学场合，可以很大程度提高了用户实际操作的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子测量领域，具体涉及一种任意波形发生装置。
背景技术
任意波形发生器是一种重要的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学实验等领域，现有技术任意波形发生器主要通过仪器面板键盘操作完成；也有采用PC机的控制界面来输入波形参数，PC机通过串口通讯把数据传输给片上系统，数据经片上系统处理后发送给数模转换(DAC)模块进行数模转换，输出到示波器中显示波形。现有技术在以下两方面存在缺陷：
(1)采用键盘或者PC机输入，使用不方便，缺乏良好的人机交互能力；
(2)用PC机产生任意波形需要编写专业软件，增加了工作量；而且PC机与片上系统采用串口通讯方式容易出误。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种由触摸屏输入的任意波形发生装置，更好地实现了人机交互，只需要在触摸屏上输入所要显示波形的参数就可以在示波器中显示，大大方便用户操作。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种任意波形发生装置，包括触摸屏，片上系统，同步动态随机存储器，Flash存储器和数模转换通道；所述片上系统包括嵌入式处理器和直接数字合成器，其中，
所述片上系统与所述触摸屏、同步动态随机存储器、Flash存储器和数模转换通道之间采用总线连接；
所述触摸屏作为输入设备和显示设备与所述嵌入式处理器相连接，用于输入波形数据和频率控制信号；
所述Flash存储器用于存储波形数据和频率控制信号；
所述嵌入式处理器用于对存储在Flash存储器中的数据进行分析处理，并将处理结果的波形数据保存在所述同步动态随机存储器；
所述直接数字合成器用于对存储在同步动态随机存储器的波形数据进行数控调制，并输出给数模转换通道；
所述数模转换通道用于对直接数字合成器的输出数据进行数模转换，并输出信号至示波器。
优选地，还包括第二数模转换通道，所述片上系统可并行产生两路波形数据分别经所述第一数模转换通道和所述第二数模转换通道输出。
优选地，所述片上系统选用型号为EP3C10E144C8N的FPGA。
优选地，所述Flash存储器选用Altera公司的存储芯片EPCS16。
优选地，所述第一数模转换通道或所述第二数模转换通道选用TI公司的芯片DAC904。
通过采用以上技术方案，本发明的任意波形发生装置，更好地实现了人机交互，尤其是在一些实验教学场合，可以很大程度提高了用户实际操作的效率。
附图说明
图1是本发明实施例一任意波形发生装置的原理框图；
图2是本发明实施例二任意波形发生装置的原理框图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
参见图1，所示为本发明实施例一的任意波形发生装置10的原理框图，包括触摸屏(11)，片上系统(12)，同步动态随机存储器(13)，Flash存储器(14)和第一数模转换通道(15)；片上系统(12)包括嵌入式处理器(121)和直接数字合成器(122)，其中，
片上系统(12)与触摸屏(11)、同步动态随机存储器(13)、Flash存储器(14)和第一数模转换通道(15)之间采用总线连接；
触摸屏(11)作为输入设备和显示设备与嵌入式处理器(121)相连接，用于输入波形数据和频率控制信号；
Flash存储器(14)用于存储波形数据和频率控制信号；
嵌入式处理器(121)用于对存储在Flash存储器(14)中的数据进行分析处理，并将处理结果的波形数据保存在同步动态随机存储器(13)；
直接数字合成器(122)用于对存储在同步动态随机存储器(13)的波形数据进行数控调制，并输出给第一数模转换通道(15)；
第一数模转换通道(15)用于对直接数字合成器(122)的输出数据进行数模转换，并输出信号至示波器。
本发明实施例的任意波形发生装置10产生波形包含以下几个步骤：(1)触摸屏输入波形数据和频率控制信号；(2)Flash存储器存储输入数据；(3)片上系统控制处理；(4)数模转换通道输出。各步骤之间通过地址总线、数据总线、控制总线相连。步骤(1)中的触摸屏采用TFT触摸屏，给系统上电并初始化，片上系统驱动TFT触摸屏上的触摸控制芯片和TFT彩屏，在触摸屏上输入任意波形数据和频率控制信号。步骤(2)使用Altera公司的存储芯片EPCS16，大小为2Mbyte，能够满足装置的设计要求，用来存储经数据总线传输过来的输入波形数据和频率控制，它是一种Flash芯片，具有掉电不丢失的特性，这样当系统出现断电及其他意外情况时输入的数据不会丢失。步骤(3)采用内部包括嵌入式处理器(Nios II)和直接数字合成器(DDS)的FPGA，这里使用的是Cyclone III系列型号为EP3C10E144C8N的FPGA，它是一种低功耗，系统集成化高，性价比高的高性能处理器，为用户提供了大量I/O,乘法器等等，同样为外部存储器提供了接口。装置利用FPGA中的嵌入式处理器(Nios II)对存储在Flash存器中的数据进行数据图像处理，滤除无效信号，对波形做一定的拉伸及放大后，将数据存储在同步动态随机存储器中，直接数字合成器对存储在同步动态随机存储器的波形数据频率、相位和幅度进行数控调制，输出任意波形的数字信号。步骤(4)所述的数模转换通道输出采用D/A变换电路，这里采用高速数模转换通道(DAC904)，DAC904是TI公司推出的一款高性能的高速数模装换模块。其具有14bit的数据精度，最高165MSPS转换速率。在本设计中只使用了其的高10位，采样时钟为100MHz。这样的做法完全能满足装置设计的要求。它对直接数字合成器的输出的任意波形的数字信号进行数模转换，形成的任意波形的模拟信号波形用于最终在示波器上显示。
李萨如波形是一种重要的波形，广泛应用于物理教学实验、传感器动态特性检测和频率测量等领域。现有技术采用数字信号发生器输入，用户使用时非常不方便。为了解决以上技术问题，对实施例一做了进一步的改进。参见图2，所示为本发明实施例二的任意波形发生装置10的原理框图，根实施例一相比还包括了第二数模转换通道16，用于产生两路任意波形。本装置产生李萨如的步骤如下：在TFT触摸屏上选择产生不同李萨如波形的频率比按键，当按下其中之一按键后，按下具有扫频功能的按键，产生的输入波形经过数据总线存储在Flash存储器中，利用FPGA中的嵌入式处理器(Nios II)对存储在Flash存储器中的数据进行数据图像处理，滤除无效信号，对波形做一定的拉伸及放大后，将数据存储在同步动态随机存储器中，直接数字合成器对存储在同步动态随机存储器的波形数据频率、相位和幅度进行数控调制，由于FPGA的并行特性，装置将输出两路任意波形的数字信号，利用两个数模转换通道(DAC904)对直接数字合成器输出的两路任意波形的数字信号进行数模转换，形成的两路任意波形的模拟信号波形用于接在示波器的X和Y通道，最终在示波器上显示李萨如波形。
通过采用以上技术方案，本发明采用触摸屏代替现有技术中的PC机的控制界面，用户能够在触摸屏上输入任意波形数据以及频率控制信号，产生的波形数据通过数据总线传输给片上系统进行处理，具有更好的人机交互能力，更符合时代潮流的发展，也同样消除了现有技术中因PC机与片上系统进行不正常串口通讯时出现的错误信息，提高了数据传输的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种任意波形发生装置，其特征在于，包括触摸屏(11)，片上系统(12)，同步动态随机存储器(13)，Flash存储器(14)和数模转换通道(15)；所述片上系统(12)包括嵌入式处理器(121)和直接数字合成器(122)，其中，
所述片上系统(12)与所述触摸屏(11)、同步动态随机存储器(13)、Flash存储器(14)和数模转换通道(15)之间采用总线连接；
所述触摸屏(11)作为输入设备和显示设备与所述嵌入式处理器(121)相连接，用于输入波形数据和频率控制信号；
所述Flash存储器(14)用于存储波形数据和频率控制信号；
所述嵌入式处理器(121)用于对存储在Flash存储器(14)中的数据进行分析处理，并将处理结果的波形数据保存在所述同步动态随机存储器(13)；
所述直接数字合成器(122)用于对存储在同步动态随机存储器(13)的波形数据进行数控调制，并输出给数模转换通道(15)；
所述数模转换通道(15)用于对直接数字合成器(122)的输出数据进行数模转换，并输出信号至示波器；
所述片上系统(12)选用型号为EP3C10E144C8N的FPGA；
所述任意波形发生装置还包括第二数模转换通道(16)，所述片上系统(12)可并行产生两路波形数据分别经所述数模转换通道(15)和所述第二数模转换通道(16)输出；
在所述触摸屏(11)上选择产生不同李萨如波形的频率比按键，产生的输入波形经过数据总线存储在所述Flash存储器(14)中，所述嵌入式处理器(121)对存储在Flash存储器中的数据进行数据图像处理，将数据存储在同步动态随机存储器(13)中，直接数字合成器(122)对存储在同步动态随机存储器的波形数据频率、相位和幅度进行数控调制，由于FPGA的并行特性，所述任意波形发生装置将输出两路任意波形的数字信号，利用两个数模转换通道对直接数字合成器(122)输出的两路任意波形的数字信号进行数模转换，形成的两路任意波形的模拟信号波形用于接在示波器的X和Y通道，最终在示波器上显示李萨如波形。
2.根据权利要求1所述的任意波形发生装置，其特征在于，所述Flash存储器(14)选用Altera公司的存储芯片EPCS16。
3.根据权利要求1所述的任意波形发生装置，其特征在于，所述数模转换通道(15)或所述第二数模转换通道(16)选用TI公司的芯片DAC904。
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