CN107093357A - 多功能教学用综合信号分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能教学用综合信号分析系统，包括模拟交流信号调理电路、FPGA可编程门阵列电路、ARM微处理器电路、混频器电路、电容触摸屏、DDS数字频率合成电路、信号产生电路、多路数字信号采样电路及模拟直流信号调理电路。本发明对现有电子信息类大学实验课程所需要的实验仪器进行了整合，本发明以电容触摸屏作为用户交互界面，采用ARM微处理器电路对电容触摸屏进行触摸输入与显示输出控制。本发明具有携带方便、功能齐全、性能较好等优点，使电子类专业学生在实验中更加轻松、方便与快捷，同时也能够满足电子工程师的调试需求。

Description

多功能教学用综合信号分析系统

技术领域

本发明涉及电子信息领域，用于大学电子类专业的实验教学，尤其是一种多功能教学用综合信号分析系统。

背景技术

现有技术中对于电子类专业的学生而言，在模拟电子线路、数字逻辑电路、数字信号处理和通信原理的实验课程中，需要用到各种实验仪器。在模拟电子线路实验课程中，涉及到对模拟信号的测量和分析，需要用到示波器与数字万用表等仪器。数字逻辑电路实验中，涉及到对逻辑电路与时序电路，需要借助逻辑分析仪进行分析。数字信号处理课程中，国内很多本科大专院校受限于硬件设备，数字信号处理课程的实验只是在电脑上进行软件仿真，脱离了与实际的联系。通信原理实验中，需要对信号进行调制解调，并对信号进行眼图分析。

存在的问题是，国内大学大多使用泰克或安捷伦的国外进口仪器仪表，这些仪器虽然性能优越，但是它们不仅价格昂贵，而且不易搬动，只能放在实验室中使用，给电子类专业学生甚至电子工程师带来了不便。此外，实验室中大多数实验仪器的功能较为单一，不同课程实验需要使用到不同的实验仪器，而且一旦实验时需要使用多种仪器，会占用实验桌较大的面积，导致实验桌杂乱而拥挤。

但是实际上，实验室的各种仪器的内部电路有功能重叠之处，本发明将实验室各种测量仪器进行整合，以较小的体积与较低的成本实现较为全面的功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有实验室仪器的不足而提供的多功能教学用综合信号分析系统，本发明采用模拟交流信号调理电路、FPGA可编程门阵列电路、ARM微处理器电路、混频器电路、电容触摸屏、DDS数字频率合成电路、信号产生电路、多路数字信号采样电路及模拟直流信号调理电路，对不同实验课程所需要的实验仪器进行了整合，可提供包括模拟电子线路、数字逻辑电路、数字信号处理和通信原理在内的多门实验课程使用的综合信号分析，替代了示波器、频谱分析仪、信号发生器、数字万用表、逻辑分析仪和频率特性测量仪等。本发明以电容触摸屏作为用户交互界面，采用FPGA实现系统核心的信号处理部分，使用ARM微处理器对TFT电容触摸屏进行触摸输入与显示输出控制。本发明具有携带方便、功能齐全、性能较好等优点，使电子工程师与电子类专业学生在实验中更加轻松、方便与快捷，本发明可在电子类专业实验教学课程中起到辅助教学的作用。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种多功能教学用综合信号分析系统，其特点包括模拟交流信号调理电路、FPGA可编程门阵列电路、ARM微处理器电路、混频器电路、电容触摸屏、DDS数字频率合成电路、信号产生电路、多路数字信号采样电路及模拟直流信号调理电路；所述模拟交流信号调理电路分别与FPGA可编程门阵列电路、ARM微处理器电路及混频器电路连接，FPGA可编程门阵列电路分别与ARM微处理器电路、混频器电路产生电路及多路数字信号采样电路连接，ARM微处理器电路分别与电容触摸屏、DDS数字频率合成电路及模拟直流信号调理电路连接，混频器电路与DDS数字频率合成电路连接，DDS数字频率合成电路与信号产生电路连接。

所述的模拟交流信号调理电路由输入SMA接口、阻抗选择电路、直流检测电路、隔离直流电路、放大衰减切换电路、有效值测量电路、可调增益放大器电路、电压跟随器电路及过零比较器电路构成，所述阻抗选择电路分别与输入SMA接口、直流检测电路及隔离直流电路连接，放大衰减切换电路分别与隔离直流电路及可调增益放大器电路连接，可调增益放大器电路分别与有效值测量电路、电压跟随器电路及过零比较器电路连接。

所述的FPGA可编程门阵列电路由第一电压跟随电路、电源管理电路、第一高速ADC电路、第二电压跟随电路24、第二高速ADC电路、第一排针、时钟产生电路、第二排针、复位电路、FPGA下载配置电路、FPGA芯片及DDRII存储器构成，所述FPGA芯片分别于电源管理电路，第一高速ADC电路、第二高速ADC电路、第一排针、时钟产生电路、第二排针、复位电路、FPGA下载配置电路及DDRII存储器连接，第一电压跟随电路与第一高速ADC电路连接，第二电压跟随电路与第二高速ADC电路连接。

所述的ARM微处理器电路由第一ADC信号输入电路、ARM微处理器芯片、第三排针、ARM时钟产生电路、ARM电源管理电路、USB电路、ARM下载配置电路、第二ADC信号输入电路、串口电路、第四排针、SDRAM存储器电路、TFT触摸屏接口电路及DCMI接口电路构成，所述ARM微处理器芯片分别与第一ADC信号输入电路、第三排针、ARM时钟产生电路、ARM电源管理电路、USB电路、ARM下载配置电路、第二ADC信号输入电路、串口电路、第四排针、SDRAM存储器电路、TFT触摸屏接口电路及 DCMI接口电路连接。

所述的多路数字信号采样电路内设比较器和输入探头接口。

所述的模拟交流信号调理电路的电压跟随器电路与FPGA可编程门阵列电路的第一电压跟随电路及第二电压跟随电路连接，模拟交流信号调理电路的过零比较器电路与FPGA可编程门阵列电路的第二排针相连，模拟交流信号调理电路的直流检测电路、有效值测量电路与ARM微处理器电路的第一ADC信号输入电路、第二ADC信号输入电路相连，模拟交流信号调理电路的放大衰减切换电路和可调增益放大器电路与ARM微处理器电路的第四排针连接，模拟交流信号调理电路的电压跟随器电路与混频器电路连接。

所述的FPGA可编程门阵列电路的第一排针与ARM微处理器电路的第三排针连接，实现FPGA可编程门阵列电路与 ARM微处理器电路的并行通信，FPGA可编程门阵列电路的第一电压跟随电路及第二电压跟随电路与混频器电路连接，FPGA可编程门阵列电路的第二排针与信号产生电路连接，FPGA可编程门阵列电路的第二排针与多路数字信号采样电路的比较器连接。

所述的ARM微处理器电路的TFT触摸屏接口电路与电容触摸屏连接，ARM微处理器电路的第一ADC信号输入电路、第二ADC信号输入电路与模拟直流信号调理电路连接。

本发明以电容触摸屏作为用户交互界面，采用FPGA实现系统核心的信号处理部分，使用ARM微处理器对TFT电容触摸屏进行触摸输入与显示输出控制。本发明具有携带方便、功能齐全、性能较好等优点，使电子工程师与电子类专业学生在实验中更加轻松、方便与快捷，本发明可在电子类专业实验教学课程中起到辅助教学的作用。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为模拟交流信号调理电路框图；

图3为FPGA可编程门阵列电路框图；

图4为ARM微处理器电路框图。

具体实施方式

参阅图1～图4，本发明包括模拟交流信号调理电路1、FPGA可编程门阵列电路2、ARM微处理器电路3、混频器电路4、电容触摸屏5、DDS数字频率合成电路6、信号产生电路7、多路数字信号采样电路8及模拟直流信号调理电路9。

所述模拟交流信号调理电路1分别与FPGA可编程门阵列电路2、ARM微处理器电路3及混频器电路4连接，FPGA可编程门阵列电路2分别与ARM微处理器电路3、混频器电路4产生电路7及多路数字信号采样电路8连接，ARM微处理器电路3分别与电容触摸屏5、DDS数字频率合成电路6及模拟直流信号调理电路9连接，混频器电路4与DDS数字频率合成电路6连接，DDS数字频率合成电路6与信号产生电路7连接。

参阅图1、图2，所述的模拟交流信号调理电路1由输入SMA接口11、阻抗选择电路12、直流检测电路13、隔离直流电路14、放大衰减切换电路15、有效值测量电路16、可调增益放大器电路17、电压跟随器电路18及过零比较器电路19构成，所述阻抗选择电路12分别与输入SMA接口11、直流检测电路13及隔离直流电路14连接，放大衰减切换电路15分别与隔离直流电路14及可调增益放大器电路17连接，可调增益放大器电路17分别与有效值测量电路16、电压跟随器电路18及过零比较器电路19连接。

参阅图1、图3，所述的FPGA可编程门阵列电路2由第一电压跟随电路21、电源管理电路22、第一高速ADC电路23、第二电压跟随电路24、第二高速ADC电路25、第一排针26、时钟产生电路27、第二排针28、复位电路29、FPGA下载配置电路210、FPGA芯片211及DDRII存储器212构成，所述FPGA芯片211分别于电源管理电路22，第一高速ADC电路23、第二高速ADC电路25、第一排针26、时钟产生电路27、第二排针28、复位电路29、FPGA下载配置电路210及DDRII存储器212连接，第一电压跟随电路21与第一高速ADC电路23连接，第二电压跟随电路24与第二高速ADC电路25连接。

参阅图1、图4，所述的ARM微处理器电路3由第一ADC信号输入电路31、ARM微处理器芯片32、第三排针33、ARM时钟产生电路34、ARM电源管理电路35、USB电路36、ARM下载配置电路37、第二ADC信号输入电路38、串口电路39、第四排针310、SDRAM存储器电路311、TFT触摸屏接口电路312及DCMI接口电路313构成，所述ARM微处理器芯片32分别与第一ADC信号输入电路31、第三排针33、ARM时钟产生电路34、ARM电源管理电路35、USB电路36、ARM下载配置电路37、第二ADC信号输入电路38、串口电路39、第四排针310、SDRAM存储器电路311、TFT触摸屏接口电路312及 DCMI接口电路313连接。

所述的多路数字信号采样电路8内设比较器81和输入探头接口82。

参阅图1～图4，所述的模拟交流信号调理电路1的电压跟随器电路18与FPGA可编程门阵列电路2的第一电压跟随电路21及第二电压跟随电路24连接，模拟交流信号调理电路1的过零比较器电路19与FPGA可编程门阵列电路2的第二排针28相连，模拟交流信号调理电路1的直流检测电路13、有效值测量电路16与ARM微处理器电路3的第一ADC信号输入电路31、第二ADC信号输入电路38相连，模拟交流信号调理电路1的放大衰减切换电路15和可调增益放大器电路17与ARM微处理器电路3的第四排针310连接，模拟交流信号调理电路1的电压跟随器电路18与混频器电路4连接。

所述的FPGA可编程门阵列电路2的第一排针26与ARM微处理器电路3的第三排针33连接，实现FPGA可编程门阵列电路2与 ARM微处理器电路3的并行通信，FPGA可编程门阵列电路2的第一电压跟随电路21及第二电压跟随电路24与混频器电路4连接，FPGA可编程门阵列电路2的第二排针28与信号产生电路7连接，FPGA可编程门阵列电路2的第二排针28与多路数字信号采样电路8的比较器81连接。

所述的ARM微处理器电路3的TFT触摸屏接口电路312与电容触摸屏5连接，ARM微处理器电路3的第一ADC信号输入电路31、第二ADC信号输入电路38与模拟直流信号调理电路9连接。

参阅图1～图4，本发明模拟交流信号调理电路1主要用于对输入信号进行幅度的调整，以适应后级FPGA可编程门阵列电路2中的第一高速ADC电路23及第二高速ADC电路25的输入幅度范围。输入信号通过输入SMA接口11进入阻抗选择电路12，阻抗选择电路12可以选择输入阻抗为50欧姆或1M欧姆，然后分别通过直流检测电路13与隔离直流电路14分别得到信号的直流分量与交流分量。直流检测电路13输出直流信号通过ARM微处理器电路3，由ARM微处理器电路3进行检测。信号交流分量通过放大衰减切换电路15对交流信号的幅度进行放大或衰减，交流信号幅度的调整通过ARM微处理器电路3控制放大衰减切换电路15的继电器切换实现，继电器的切换根据FPGA可编程门阵列电路2核心板上的第一高速ADC电路23及第二高速ADC电路25采集的幅度进行判断，如果输入幅度大于1Vpp则将继电器切换为衰减10倍的一路，如果输入幅度小于100mVpp则将继电器切换为放大10倍的一路，当输入幅度在100mVpp与1Vpp之间时将继电器切换为直通的一路。可调增益放大器电路17与放大衰减切换电路15、ARM微处理器电路3相连，由ARM微处理器电路3控制可调增益放大器电路17的放大倍数实现对交流信号幅度的微调。有效值测量电路16与可调增益放大器电路17、ARM微处理器电路3相连，由ARM微处理器电路3检测信号的有效值电压。过零比较器电路19与可调增益放大器电路17的输出相连，对信号进行整形操作，整形后与FPGA可编程门阵列电路2相连以测量信号的频率。电压跟随电路与可调增益放大器电路17的输出相连，电压跟随电路的输出与FPGA可编程门阵列电路2相连，实现对信号的采集。

本发明模拟直流信号通过输入SMA接口11表笔输入，经过模拟直流信号调理电路1调理后的信号与ARM微处理器电路3相连，实现对表笔输入的电压范围为10mV～10V、电流范围为1mA～3A的模拟直流信号进行测量，实现数字万用表的功能。

本发明多路数字信号采集电路8包括16路比较器81，输入探头接口82。多路数字信号采集电路16主要用于对多路信号整形，整形后的信号与FPGA可编程门阵列电路2，实现对16通道、频率范围为1Hz～100MHz的数字信号的逻辑分析仪功能。

本发明FPGA可编程门阵列电路2主要用于对高速信号进行信号采集、频率幅度相位等时域测量、频域测量和波形数据存储。FPGA可编程门阵列电路2上的高速ADC与信号调理电路、混频器电路相连，对输入信号或混频后的信号进行采样，实现示波器、频谱分析仪、频率特性测量仪等仪器的信号采集部分功能。FPGA可编程门阵列电路2上的DDRII存储器对信号数据进行存储，实现示波器的波形数据存储部分功能。FPGA可编程门阵列电路2上的左排针与高速DAC电路相连，实现波形信号发生器功能。FPGA可编程门阵列电路2的第一排针26也与模拟交流信号调理电路整形后的波形相连，实现多路信号的逻辑分析仪功能的信号采集部分。FPGA可编程门阵列电路2上的第二排针28与ARM微处理器电路3相连，实现FPGA可编程门阵列电路2与ARM微处理器电路3的并行通信。

本发明ARM微处理器电路3主要用于对电容触摸屏5、模拟交流信号调理电路1的控制和与FPGA可编程门阵列电路2的并行通信。ARM微处理器电路3与模拟交流信号调理电路1相连，对模拟交流信号调理电路1的继电器的切换进行控制，对模拟交流信号调理电路1的直流信号与低频信号进行测量，实现数字万用表功能的测量部分。ARM微处理器电路3与FPGA可编程门阵列电路2相连，实现与FPGA可编程门阵列电路2进行通信，获取FPGA可编程门阵列电路2存储的波形信号、频谱信号、信号的频率幅度相位等数据，并在电容触摸屏5上进行显示。ARM微处理器电路3与DDS数字频率合成电路6相连，实现频率特性测量仪的正交扫频信号的产生。

本发明电容触摸屏5主要用于用户的交互操作。通过电容触摸屏5，用户可以选择不同功能的仪器，并调整不同仪器的工作参数。根据用户在触摸屏上的输入信息，在电容触摸屏5上显示不同的仪器界面，实现综合信号分析仪多种仪器功能之间进行切换。

本发明DDS数字频率合成电路6与ARM微处理器电路3相连，用于产生频率特性测量仪的正交扫频信号，DDS数字频率合成电路6的扫频信号输出连接到混频器电路4与信号产生电路7，正交扫频信号是频率范围为1Hz～100MHz的两路相位差可调的正弦信号

本发明混频器电路4与DDS数字频率合成电路6相连，将输入信号与DDS正交扫频信号进行混频，混频后的信号与FPGA可编程门阵列电路2相连，通过高速ADC测量混频后信号的幅度。

本发明信号产生电路7主要由高速DAC芯片构成，与FPGA可编程门阵列电路2相连，用于产生双通道可设置输出相位的1Hz～200MHz的正弦波、1Hz～20MHz的方波、1Hz～20MHz三角波。同时信号产生电路也与DDS电路相连，将DDS电路产生的正交扫频信号进行输出。

实施例1

本发明所生成的实验仪器类型如下：

参阅图1～图4，本发明由电容触摸屏5构成人机交互界面。使用者通过电容触摸屏5摸屏在主界面选择需要使用仪器类型，如示波器、频谱分析仪、信号发生器、数字万用表、逻辑分析仪和频率特性测量仪。学生也可以通过该系统完成大学电子类专业不同课程的实验。

所述示波器由模拟交流信号调理电路1、FPGA可编程门阵列电路2、ARM微处理器电路3和电容触摸屏5构成。在电容触摸屏5上使用者通过点击示波器按钮进入示波器模式。当处于示波器模式时，使用者将信号接入在模拟交流信号调理电路1的输入SMA接口11，使用者可以通过下拉菜单选择水平灵敏度、垂直灵敏度、输入阻抗、耦合模式和触发模式等，此时波形在触摸屏左侧区域显示，测量得出的波形频率、直流、峰峰值等参数在触摸屏右侧区域显示。

所述频谱分析仪由模拟交流信号调理电路1、FPGA可编程门阵列电路2、ARM微处理器电路3、混频器电路4、电容触摸屏5和DDS电路6构成。在电容触摸屏5上使用者通过点击频谱分析仪按钮进入频谱分析仪模式。当处于频谱分析仪模式时，使用者将信号接入在模拟交流信号调理电路1的输入SMA接口11，通过下拉菜单选择当前显示频谱的频率点间隔，此时信号的频谱在电容触摸屏5上显示。

所述信号发生器由FPGA可编程门阵列电路2、 ARM微处理器电路3、电容触摸屏5和信号产生电路7构成。使用者在电容触摸屏5上通过点击信号发生器按钮进入信号发生器模式。当处于信号发生器模式时，使用者在触摸屏的下拉菜单中选择输出波形的类型、频率、幅度，在信号产生电路7的输出SMA接口即可输出相应波形。

所述数字万用表由模拟直流信号调理电路9、ARM微处理器电路3、混频器电路4和电容触摸屏5构成。当处于数字万用表模式时，使用着将信号接入模拟直流信号调理电路9的输入表笔中，使用者在电容触摸屏5上通过点击数字万用表按钮进入信号发生器模式，在触摸屏上即可显示输入直流信号的电压、交流信号的有效值。

所述逻辑分析仪由多路数字信号采样电路8、FPGA可编程门阵列电路2、ARM微处理器电路3和电容触摸屏5构成。使用者在电容触摸屏5上通过点击逻辑分析仪按钮进入逻辑分析仪模式。当处于逻辑分析仪模式时，使用者将多路数字信号输入多路数字信号采样电路8的探头接口82，在触摸屏上通过下拉菜单选择水平灵敏度，即可在触摸屏上显示多个通道的时序图。

所述频率特性测量仪由模拟交流信号调理电路1、FPGA可编程门阵列电路2、ARM微处理器电路3、混频器电路4、DDS电路6和电容触摸屏5构成。使用者在电容触摸屏5上通过点击频率特性测量仪按钮进入频率特性测量仪模式。当处于频率特性测量仪模式时，使用者将待测网络的输入端到DDS电路6的SMA输出接口，待测网络的输出端接入模拟交流信号调理电路1的输入SMA接口11，在电容触摸屏5上通过下拉菜单选择DDS电路6产生的扫频信号的频率范围与频率步进值后，在电容触摸屏5上即可显示出待测网络的幅频响应图和相频响应图。使用者也可以通过电容触摸屏5将DDS电路6产生的扫频信号设置为某一固定频率，在电容触摸屏5上会显示在这一频率下待测网络的输出幅度。

实施例2

模拟电子线路实验的案例如下：

在模拟电子线路实验课程中，涉及到对模拟信号的测量和分析，本发明的示波器与数字万用表功能，能够全面地分析所测的信号，不仅可以在电容触摸屏上显示双通道的信号波形，还能测量输入波形的频率、幅度和相位差。此外利用频率特性测量仪还可分析某一网络的幅频特性与相频特性曲线。

在集成运算放大器实验与单管共射放大实验中，在电容触摸屏5的人机交互界面上设置信号产生电路7输出波形的参数，并将信号产生电路7的输出接口接入实验电路中，实验电路的输入信号与输出信号接入示波器的两个输入通道，通过系统中的示波器功能同时显示并测量输入信号与输出信号。通过示波器的测量值可以计算实验电路的放大倍数、相位差、信号失真度等实验参数。在集成运算放大器的微积分器实验中，可以通过示波器功能对输入与输出波形进行比较，验证相应结论。此外，还可以通过该系统的频率特性测量仪功能分析电路的频响特性，测试放大器带宽等参数。

在信号发生器实验中，可以由系统的信号产生电路7产生各种波形信号，波形类型及参数可以通过电容触摸屏5的界面设置，通过示波器功能可以测量信号发生器产生信号的频率，幅度，占空比等参数。

在有源滤波器实验中，通过频率特性测量仪功能，实现对有源滤波器的频响曲线分析。学生通过电容触摸屏5的界面可以选择DDS电路6产生的扫频输出信号的频率间隔和频率范围，将DDS电路6的输出端接入实验电路的输入，将实验电路的输入接入系统模拟交流信号调理电路1的输入SMA接口11，即可在电容触摸屏5上显示滤波器的频响特性曲线，并能提供平带带宽，3dB拐角频率点，带阻特性等参数，相比传统实验中通过示波器逐点测量，描点画频响曲线更加方便快捷。

实施例3

数字逻辑电路实验的案例如下：

数字逻辑电路实验中，涉及到对逻辑电路与时序电路，需要借助逻辑分析仪进行分析。此发明具有逻辑分析仪功能，可以帮助学生在数字逻辑电路实验中分析多路信号的时序与逻辑，检测信号延迟。在实验中，使学生对数字电路有更加直观的理解，并积累实际的调试电路的经验。

在基本门电路电压传输特性实验中，通过系统的信号产生电路7产生不同的直流电压接入非门输入端，通过测量不同输入电压下非门的输出电压，分析逻辑门电压传输特性，并在电容触摸屏5上绘制曲线，并且可以测得相应的门限参数显示出来。相比较传统的逐点测量，描点画曲线更加方便快捷。

在组合逻辑实验分析实验中，通过系统的逻辑分析仪功能，将多路数字信号输入多路数字信号采样电路8的探头接口82上，可以测量组合逻辑芯片多个输出口的输出电平，从而获得这个组合逻辑芯片对应的真值表，通过电容触摸屏5显示出来，并且可以得到系统自动生成的逻辑表达式。

在脉冲电路实验中，通过系统的示波器功能分析脉冲的振铃，过冲，欠冲，上升时间，下降时间，幅度，占空比等性能，测出相应的参数。

在时序逻辑实验中，通过系统的逻辑分析仪功能，将多路信号输入到多路数字信号输入多路数字信号采样电路8的探头接口82上，测量时序电路的多路输出的时序关系，在电容触摸屏5上显示时序图，得到状态转移图，实际应用中可以做到序列检测等功能。

实施例4

数字信号处理实验的案例如下：

在FIR滤波器设计实验中，通过设定滤波器的通带截止频率、通带容限、阻带截止频率、阻带容限等参数、滤波器的种类和滤波器的阶数，系统会生成FIR滤波器序列h[n]，也可以通过频谱分析仪功能，得到相应的系统函数H(w)，在电容触摸屏5上进行显示。通过设定输入序列，可以得到滤波后的输出序列，并在电容触摸屏5上显示。

在数字信号频谱分析实验中，将输入信号接在模拟交流信号调理电路1的输入SMA接口11上，输入信号x(t)采样后得到的x[n]及其频谱H(w)可以在电容触摸屏5上显示。在分析采样率对信号频谱的影响时，可以在电容触摸屏5上改变信号采样率，在电容触摸屏5上观察信号频谱的区别，还可以输出重构的信号，分析太低的采样率导致频谱混叠对于信号的影响。在采样中，可以增加或减少采样时间，分析不同时间窗函数如矩形窗，汉宁窗等对于信号频谱的影响。选择做FFT的计算点数，显示不同点数计算得的频谱，可以方便比较区别，以加深对于物理分辨率和频率分辨率的理解。

在数字信号处理课程中，本发明也有较大的发挥空间。国内很多本科大专院校受限于硬件设备，数字信号处理课程的实验只是在电脑上进行软件仿真，脱离了与实际的联系。在本发明中，模拟信号可以从信号产生电路得到，经过模拟处理，再AD采样后获得数字信号，这样的信号更加有实际性，在处理时需要考虑更多的因素，也能使这门课程与实际接轨，把理论真正的投入到实践中去。另外，为了方便学习，增加了触屏选择等功能，简单的操作一下，即可调用基本的数字滤波器对信号进行滤波、对信号进行时频变换、加时间窗操作、采样率变换等，来增加对这些概念的理解。

在通信原理实验中，利用本发明的混频器电路4与信号产生电路7可以进行模拟调制解调实验，利用本发明的FPGA可编程门阵列电路2可以进行数字调制解调实验，利用示波器的功能可以对信号进行眼图分析。选择信号发生器模式时，使用者在触摸屏的下拉菜单中选择输出波形的类型、频率、幅度，在信号产生电路7的输出SMA接口即可输出相应波形。输出的波形与输入信号通过混频器电路4进行调制或解调，电容触摸屏5显示调制或解调后的波形。

通信原理实验中，利用本发明的混频电路与信号产生电路可以进行模拟调制解调实验，利用本发明的FPGA可编程门阵列电路2可以进行数字调制解调实验，利用示波器的功能可以对信号进行眼图分析。

Claims (8)

1.一种多功能教学用综合信号分析系统，其特征在于它包括模拟交流信号调理电路（1）、FPGA可编程门阵列电路（2）、ARM微处理器电路（3）、混频器电路（4）、电容触摸屏（5）、DDS数字频率合成电路（6）、信号产生电路（7）、多路数字信号采样电路（8）及模拟直流信号调理电路（9）；所述模拟交流信号调理电路（1）分别与FPGA可编程门阵列电路（2）、ARM微处理器电路（3）及混频器电路（4）连接，FPGA可编程门阵列电路（2）分别与ARM微处理器电路（3）、混频器电路（4）产生电路（7）及多路数字信号采样电路（8）连接，ARM微处理器电路（3）分别与电容触摸屏（5）、DDS数字频率合成电路（6）及模拟直流信号调理电路（9）连接，混频器电路（4）与DDS数字频率合成电路（6）连接，DDS数字频率合成电路（6）与信号产生电路（7）连接。

2.根据权利要求1所述的综合信号分析系统，其特征在于模拟交流信号调理电路（1）由输入SMA接口（11）、阻抗选择电路（12）、直流检测电路（13）、隔离直流电路（14）、放大衰减切换电路（15）、有效值测量电路（16）、可调增益放大器电路（17）、电压跟随器电路（18）及过零比较器电路（19）构成，所述阻抗选择电路（12）分别与输入SMA接口（11）、直流检测电路（13）及隔离直流电路（14）连接，放大衰减切换电路（15）分别与隔离直流电路（14）及可调增益放大器电路（17）连接，可调增益放大器电路（17）分别与有效值测量电路（16）、电压跟随器电路（18）及过零比较器电路（19）连接。

3.根据权利要求1所述的综合信号分析系统，其特征在于FPGA可编程门阵列电路（2）由第一电压跟随电路（21）、电源管理电路（22）、第一高速ADC电路（23）、第二电压跟随电路（24）、第二高速ADC电路（25）、第一排针（26）、时钟产生电路（27）、第二排针（28）、复位电路（29）、FPGA下载配置电路（210）、FPGA芯片（211）及DDRII存储器（212）构成，所述FPGA芯片（211）分别于电源管理电路（22），第一高速ADC电路（23）、第二高速ADC电路（25）、第一排针（26）、时钟产生电路（27）、第二排针（28）、复位电路（29）、FPGA下载配置电路（210）及DDRII存储器（212）连接，第一电压跟随电路（21）与第一高速ADC电路（23）连接，第二电压跟随电路（24）与第二高速ADC电路（25）连接。

4.根据权利要求1所述的综合信号分析系统，其特征在于ARM微处理器电路（3）由第一ADC信号输入电路（31）、ARM微处理器芯片（32）、第三排针（33）、ARM时钟产生电路（34）、ARM电源管理电路（35）、USB电路（36）、ARM下载配置电路（37）、第二ADC信号输入电路（38）、串口电路（39）、第四排针（310）、SDRAM存储器电路（311）、TFT触摸屏接口电路（312）及DCMI接口电路（313）构成，所述ARM微处理器芯片（32）分别与第一ADC信号输入电路（31）、第三排针（33）、ARM时钟产生电路（34）、ARM电源管理电路（35）、USB电路（36）、ARM下载配置电路（37）、第二ADC信号输入电路（38）、串口电路（39）、第四排针（310）、SDRAM存储器电路（311）、TFT触摸屏接口电路（312）及 DCMI接口电路（313）连接。

5.根据权利要求1所述的综合信号分析系统，其特征在于多路数字信号采样电路（8）内设比较器（81）和输入探头接口（82）。

6.根据权利要求1所述的综合信号分析系统，其特征在于模拟交流信号调理电路（1）的电压跟随器电路（18）与FPGA可编程门阵列电路（2）的第一电压跟随电路（21）及第二电压跟随电路（24）连接，模拟交流信号调理电路（1）的过零比较器电路（19）与FPGA可编程门阵列电路（2）的第二排针（28）相连，模拟交流信号调理电路（1）的直流检测电路（13）、有效值测量电路（16）与ARM微处理器电路（3）的第一ADC信号输入电路（31）、第二ADC信号输入电路（38）相连，模拟交流信号调理电路（1）的放大衰减切换电路（15）和可调增益放大器电路（17）与ARM微处理器电路（3）的第四排针（310）连接，模拟交流信号调理电路（1）的电压跟随器电路（18）与混频器电路（4）连接。

7.根据权利要求1所述的综合信号分析系统，其特征在于FPGA可编程门阵列电路（2）的第一排针（26）与ARM微处理器电路（3）的第三排针（33）连接，实现FPGA可编程门阵列电路（2）与ARM微处理器电路（3）的并行通信，FPGA可编程门阵列电路（2）的第一电压跟随电路（21）及第二电压跟随电路（24）与混频器电路（4）连接，FPGA可编程门阵列电路（2）的第二排针（28）与信号产生电路（7）连接，FPGA可编程门阵列电路（2）的第二排针（28）与多路数字信号采样电路8的比较器（81）连接。

8.根据权利要求1所述的综合信号分析系统，其特征在于ARM微处理器电路（3）的TFT触摸屏接口电路（312）与电容触摸屏（5）连接，ARM微处理器电路（3）的第一ADC信号输入电路（31）、第二ADC信号输入电路（38）与模拟直流信号调理电路（9）连接。