CN104883653B - 一种音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种音频测试仪，包括用于对输入信号进行采样的采样单元，与采样单元连接、并用于对采样数据进行实时分析的测量单元，与测量单元连接、并用于接收测量单元输出的测量结果的MCU，与测量单元连接、并用于产生频率信号的测试信号发生器，与测试信号发生器连接、并用于将频率信号转换成模拟信号输入的DAC，以及与测量单元连接、并用于将采样数据上传到上位机的网口；采样单元包括多个同时对多路通道进行高速采样的采样模块。本发明还涉及一种使用上述测试仪测量、上传数据的方法。实施本发明的音频测试仪及使用该音频测试仪测量、上传数据的方法，具有以下有益效果：能实时测试、测试系统简单、与生产线整合简单、测试速度较快。

Description

一种音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法

技术领域

本发明涉及音频产品测试领域，特别涉及一种音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法。

背景技术

随着电子技术的飞速发展，电子产品的功能复杂性日益提高，对电子产品的生产测试的要求也越来越高。为了满足音频类电子产品生产测试的要求，需要在生产过程中实现精细化，自动化测试功能。

目前音频类电子产品的测试主要有以下两种方式：一种是使用专用仪器进行测试；另一种是使用数据采集板卡采集音频数据，然后上传到专用的电脑，使用软件对数据进行分析。上述方案存在如下缺点：需要将音频数据采集后存储在电脑里，然后再计算，不能进行实时测试；测试系统复杂，需要多个仪器协同工作；与自动化生产线整合困难，需要专用的接口；测试速度慢。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能实时测试、测试系统复杂、与生产线整合困难、测试速度慢的缺陷，提供一种能实时测试、测试系统简单、与生产线整合简单、测试速度较快的音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种音频测试仪，包括用于对输入信号进行采样的采样单元，与所述采样单元连接、并用于对采样数据进行实时分析的测量单元，与所述测量单元连接、并用于接收所述测量单元输出的测量结果的MCU，与所述测量单元连接、并用于产生频率信号的测试信号发生器，与所述测试信号发生器连接、并用于将所述频率信号转换成模拟信号输入的DAC（Digital to Analog Converter，数模转换器），以及与所述测量单元连接、并用于将所述采样数据上传到上位机的网口；所述采样单元包括多个同时对多路通道进行高速采样的采样模块。

在本发明所述的音频测试仪中，所述多路通道为四路通道，所述采样模块采用ADC（Analog to Digital Converter，模数转换器）进行高速采样。

在本发明所述的音频测试仪中，所述测试信号发生器采用DDS（Direct DigitalSynthesizer，直接数字式频率合成器）。

在本发明所述的音频测试仪中，还包括PHY芯片，所述测量单元内设有MAC控制器，所述MAC控制器与所述PHY芯片连接。

在本发明所述的音频测试仪中，所述测量单元为FPGA。

本发明还涉及一种利用上述音频测试仪测量数据的方法，所述数据包括占空比和频率，所述占空比和频率的测量方法包括如下步骤：

A）将所述音频测试仪与待测设备进行连接；

B）所述采样单元对输入信号进行采样得到采样信号；

C）根据所述采样信号计算其峰峰值；

D）根据所述峰峰值将所述采样信号整形成方波信号；

E）使用M/T法测量所述方波信号的占空比和频率，并将测量结果上报给MCU。

在本发明所述的利用上述音频测试仪测量数据的方法中，所述数据还包括THD，所述THD的测量方法包括如下步骤：

A′）将所述音频测试仪与待测设备进行连接；

B′）设置测试信号发生器输出激励信号；

C′）将所述激励信号输入到所述待测设备；

D′）使用采样单元对所述待测设备的输出信号进行采样得到采样信号；

E′）对所述采样信号进行抽取滤波；

F′）对滤波后的信号进行傅里叶变换后计算THD（Total Harmonic Distortion，总谐波失真）值，并将测量结果上报给MCU。

本发明还涉及一种利用上述音频测试仪上传数据的方法，包括如下步骤：

A"）将所述音频测试仪与待测设备进行连接；

B"）通过采样单元选择输入数据；

C"）从所述输入数据中抽取所需通道的数据；

D"）对抽取的通道数据进行缓存，并进行位宽转换；

E"）根据MAC地址信息将经过位宽转换后的数据封装成UDP数据报文；F"）将所述UDP数据报文发送到MAC控制器；

G"）所述MAC控制器将所述UDP数据报文通过网口传送到上位机。

在本发明所述的利用上述音频测试仪上传数据的方法中，所述位宽转换是将抽取的通道数据由12位转换成8位。

实施本发明的音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法，具有以下有益效果:由于使用测量单元，测量单元可对采样数据进行实时分析，并将分析结果上报给MCU，使用网口可将采样数据上传到上位机；采样单元中包括多个采样模块，这样可同时对多路通道进行高速采样，这样就不需要将采集的数据存储在电脑里，所以能实时测试，测试速度较快；由于不再需要多个仪器协同工作，所以其系统结构简单；不再需要专用的接口，所以其与自动化生产线整合简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法一个实施例中音频测试仪的结构示意图；

图2为所述实施例中占空比和频率的测量方法的流程图；

图3为所述实施例中音频测试仪与待测设备的连接示意图；

图4为所述实施例中THD的测量方法的具体流程图；

图5为所述实施例中使用音频测试仪上传数据的方法的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明音频测试仪及使用该测试仪测量、上传数据的方法实施例中，其音频测试仪的结构示意图如图1所示。图1中，该音频测试仪包括采样单元1、测量单元2、MCU3、测试信号发生器4、DAC5和网口6；其中，采样单元1用于对输入信号进行采样，测量单元2与采样单元1连接、并用于对采样数据进行实时分析，MCU3与测量单元2连接、并用于接收测量单元输出的测量结果，测试信号发生器4与测量单元2连接、并用于产生频率信号，DAC5与测试信号发生器4连接、并用于将频率信号转换成模拟信号输入，网口6与测量单元4连接、并用于将采样数据上传到上位机。值得一提的是，采样单元1包括多个采样模块，可同时对多个通道进行高速采样。这样就不需要将采集的数据存储在电脑里，所以能实时测试，测试速度较快；由于不再需要多个仪器协同工作，所以其系统结构简单；不再需要专用的接口，所以其与自动化生产线整合简单。

本实施例中，上述多路通道为四路通道（四路高速采样通道），采样模块采用ADC进行高速采样，也就是说使用高速ADC对输入信号进行采样。本实施例中，ADC的采样率高达40MSPS。该本实施例中，为了方便描述，将这四路通道对应的采样模块分别称为第一采样模块11、第二采样模块12、第三采样模块13和第四采样模块14。值得一提的是，在本实施例的一些情况下，通道的路数可以进行相应调整设置，这样使得通道路数的调剂变得方便灵活。

本实施例中，测试信号发生器4采用DDS产生频率信号，然后通过高速DAC转变成模拟信号输入。该音频测试仪还包括PHY芯片（图中未示出），测量单元2内设有MAC控制器，MAC控制器与PHY芯片连接。本实施例中，测量单元2为FPGA，在FPGA中使用硬件实现MAC功能，外挂PHY芯片就可以实现数据传输。由于是使用硬件实现数据发送功能，网口6的速率可达到千兆。同时可以通过网口6将采样数据上传到上位机进行分析。

本实施例还涉及一种利用上述音频测试仪测量数据的方法，该数据包括占空比和频率，占空比和频率属于信号参数。本实施例中，占空比和频率的测量方法的流程图如图2所示。图2中，该占空比和频率的测量方法包括如下步骤：

步骤S01将音频测试仪与待测设备进行连接：本步骤中，首先将音频测试仪与待测设备进行连接，其连接示意图如图3所示。图3中，音频测试仪的两端分别与待测设备的两端连接，即音频测试仪的输入端与待测设备的输出端连接，音频测试仪的输出端与待测设备的输入端连接。

步骤S02采样单元对输入信号进行采样得到采样信号：本步骤中，音频测试仪的采样单元对输入信号进行采样得到采样信号。具体就是使用ADC对输入信号进行采样。

步骤S03根据采样信号计算其峰峰值：本步骤中，根据采样信号来计算其峰峰值。

步骤S04根据峰峰值将采样信号整形成方波信号：本步骤中，根据峰峰值的大小，将采样信号进行整形使其变成方波信号。

步骤S05使用M/T法测量方波信号的占空比和频率，并将测量结果上报给MCU：本步骤中，使用M/T法测量方波信号的占空比和频率，并将测量结果上报给MCU。由于不再需要将数据采集后存储在电脑里，然后再进行计算，所以能进行实时测试，测试速度较快。同时也不需要多个仪器协同工作，所以系统简单，成本较低。

在本实施例的利用上述音频测试仪测量数据的方法中，该数据还包括THD，THD的测量方法的流程图如图4所示。图4中，THD的测量方法包括如下步骤：

步骤S01′将音频测试仪与待测设备进行连接：本步骤中，首先将音频测试仪与待测设备进行连接。

步骤S02′设置测试信号发生器输出激励信号：本步骤中，设置测试信号发生器输出激励信号，也就是设置DDS输出激励信号。

步骤S03′将激励信号输入到待测设备：本步骤中，将上述激励信号输入到待测设备。

步骤S04′使用采样单元对待测设备的输出信号进行采样得到采样信号：本步骤中，使用采样单元对待测设备的输出信号进行采样得到采样信号，更具体地说，就是使用ADC对待测设备输出的待测信号进行采样得到采样信号。

步骤S05′对采样信号进行抽取滤波：本步骤中，对采样信号尽心抽取滤波。

步骤S06′对滤波后的信号进行傅里叶变换后计算THD值，并将测量结果上报给MCU：本步骤中，对滤波后的信号进行傅里叶变换（即FFT变换），然后对变换后的信号计算其THD值，并将测量结果（即计算出的THD值）上报给MCU进行分析。这样使得THD的测量简单快速，所以其测试速度较快。由于不需要将数据采集后存储在电脑里，然后再进行计算，所以能实时进行测试；同时由于不需要多个仪器协同工作，所以其测试系统较简单。

本实施例还涉及一种利用上述音频测试仪上传数据的方法，其流程图如图5所示。利用上述音频测试仪上传数据，其实就是通过网口来上传实时测量的数据。图5中，上述利用上述音频测试仪上传数据的方法包括如下步骤：

步骤S01"将音频测试仪与待测设备进行连接：本步骤中，将音频测试仪与待测设备进行连接。

步骤S02"通过采样单元选择输入数据：本步骤中，通过采样单元选择输入数据，也就是多路通道（本实施例中为四路通道）的采样数据输入。值得一提的是，在本实施例的一些情况下，通道的路数可以进行相应调整设置，这样使得通道路数的调剂变得方便灵活。

步骤S03"从输入数据中抽取所需通道的数据：本步骤中，其实就是进行通道的选择及数据的抽取，也就是抽取出某个通道的数据。

步骤S04"对抽取的通道数据进行缓存，并进行位宽转换：本步骤中，对抽取的通道数据进行缓存，并对其进行位宽转换。本实施例中，该位宽转换是将抽取的通道数据由12位转换成8位。

步骤S05"根据MAC地址信息将经过位宽转换后的数据封装成UDP数据报文：本步骤中，根据MAC地址信息等将经过位宽转换后的数据封装成UDP数据报文。

步骤S06"将UDP数据报文发送到MAC控制器：本步骤中，将上述UDP数据报文发送到MAC控制器。

步骤S07"MAC控制器将UDP数据报文通过网口传送到上位机：本步骤中，MAC控制器将UDP数据报文通过网口传送到上位机，其实就是以太网报文（UDP数据报文）通过以太网的PHY芯片发送出去，也就是通过以太网的形式进行传输的。这样使得采样数据的上传比较方便快速。

总之，在本实施例中，本音频测试仪的测量功能都使用硬件实现，测量速度快，精度高，设备可靠性高，能在生产线中实现音频自动化实时测试，可远程控制。本音频测试仪操作便利，将众多功能汇集在一个小型、高速、高精度的单元（FPGA）中，更适合自动化生产线使用，具有很高的性价比。其接口简单，使用串口就可以对设备进行控制，获取测试结果，使用方便。该音频测试仪集信号发生、频率测量、电压测量、占空比测量和THD测量于一身，使用MCU和FPGA的系统架构，实现四通道音频信号的同时测量，同时集成音频测试信号发生、采样测量及数据上传的功能。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种音频测试仪，其特征在于，包括用于对输入信号进行采样的采样单元，与所述采样单元连接、并用于对采样数据进行实时分析的测量单元，与所述测量单元连接、并用于接收所述测量单元输出的测量结果的MCU，与所述测量单元连接、并用于产生频率信号的测试信号发生器，与所述测试信号发生器连接、并用于将所述频率信号转换成模拟信号输入的DAC，以及与所述测量单元连接、并用于将所述采样数据上传到上位机的网口；所述采样单元包括多个同时对多路通道进行高速采样的采样模块；

所述多路通道为四路通道，所述采样模块采用ADC进行高速采样；所述ADC的采样率为40MSPS；

所述测试信号发生器采用DDS；

还包括PHY芯片，所述测量单元内设有MAC控制器，所述MAC控制器与所述PHY芯片连接；所述测量单元为FPGA；在所述FPGA中使用硬件实现MAC功能，外挂所述PHY芯片就能实现数据传输；使用硬件实现数据发送功能，所述网口的速率达到千兆；

该音频测试仪集信号发生、频率测量、电压测量、占空比测量和THD测量于一身，使用所述MCU和FPGA的系统架构，实现四通道音频信号的同时测量，同时集成音频测试信号发生、采样测量及数据上传的功能。

2.一种使用如权利要求1所述的音频测试仪测量数据的方法，其特征在于，所述数据包括占空比和频率，所述占空比和频率的测量方法包括如下步骤：

A)将所述音频测试仪与待测设备进行连接；

B)所述采样单元对输入信号进行采样得到采样信号；

C)根据所述采样信号计算其峰峰值；

D)根据所述峰峰值将所述采样信号整形成方波信号；

E)使用M/T法测量所述方波信号的占空比和频率，并将测量结果上报给MCU；

所述数据还包括THD，所述THD的测量方法包括如下步骤：

A′)将所述音频测试仪与待测设备进行连接；

B′)设置测试信号发生器输出激励信号；也就是设置DDS输出激励信号；

C′)将所述激励信号输入到所述待测设备；

D′)使用采样单元对所述待测设备的输出信号进行采样得到采样信号；

E′)对所述采样信号进行抽取滤波；

F′)对滤波后的信号进行傅里叶变换后计算THD值，并将测量结果上报给MCU；

该音频测试仪集信号发生、频率测量、电压测量、占空比测量和THD测量于一身，使用所述MCU和FPGA的系统架构，实现四通道音频信号的同时测量，同时集成音频测试信号发生、采样测量及数据上传的功能。

3.一种利用如权利要求1所述的音频测试仪上传数据的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A")将所述音频测试仪与待测设备进行连接；

B")通过采样单元选择输入数据；

C")从所述输入数据中抽取所需通道的数据；

D")对抽取的通道数据进行缓存，并进行位宽转换；

E")根据MAC地址信息将经过位宽转换后的数据封装成UDP数据报文；

F")将所述UDP数据报文发送到MAC控制器；

G")所述MAC控制器将所述UDP数据报文通过网口传送到上位机；其实就是以太网报文通过以太网的PHY芯片发送出去，也就是通过以太网的形式进行传输的；

所述位宽转换是将抽取的通道数据由12位转换成8位；

该音频测试仪集信号发生、频率测量、电压测量、占空比测量和THD测量于一身，使用所述MCU和FPGA的系统架构，实现四通道音频信号的同时测量，同时集成音频测试信号发生、采样测量及数据上传的功能。