CN205749630U - 一种基于usb示波器的万用仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于USB示波器的万用仪，属于电子测量仪技术领域。它解决了现有一体机集成化程度低、移植性差的问题。本基于USB示波器的万用仪包括示波器模块和电流电压表模块，该装置还包括用于对外围电路进行控制的微处理器，示波器模块和电流电压表模块分别连接微处理器，微处理器还连接有函数信号发生器模块、存储单元、USB接口和电源模块，USB接口给电源模块供电。本万用仪通过微处理器的统一控制把示波器模块和电流电压表模块、函数信号发生器及电源模块都集成为微处理器的一个外围。从而提高了集成化程度。同时微处理的统一数据处理，方便了实验数据的传输和应用，从而提高了数据的移植性。

Description

一种基于USB示波器的万用仪

技术领域

本实用新型属于电子测量仪技术领域，涉及一种基于USB示波器的万用仪。

背景技术

示波器，函数信号发生器，万用表，电源等都是实验教学中常用的教学设备。由于这些设备在实验教学中的弊端：设备价格高，数量少，不能人手拥有一整套设备，而极容易造成不是每个人都能享受到实验资源的情况，从而导致教学质量和效率的低下。另外这些仪器在实验教学的管理，实验仪器的维护、使用等其他方面也存在诸多的不便。

而虚拟仪器具有的低成本，移植性好，集成化操作，方便携带，易于管理等特点，开放式结构可以让用户自定义和拓展目标功能,让它和复杂繁多，难维护的传统仪器相比具有巨大优势。因此虚拟仪器使实验教学效率大大提高，方便了实验室的管理。

中国专利文献公开了申请号为201220362801.9的具有信号源、示波器、数字万用表功能的一体机，壳体内设有信号源模块、示波器模块、数字万用表模块、交直流电源转换模块和备用电池，备用电池与数字万用表模块连接，信号源模块和示波器模块与外部交流电源连接，数字万用表模块通过交直流电源转换模块与外部交流电源连接。将数字万用表模块、信号源模块、示波器功能模块集成在同一壳体内，充分利用空间，降低了制造和使用成本，使用更方便。但是该装置为实体一体机，实体仪器存在着集成化程度低、移植性差、成本高、维护难度大等问题。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的上述问题，提出了一种基于USB示波器的万用仪。该装置解决了现有一体机集成化程度低、移植性差的问题。

本实用新型通过下列技术方案来实现：一种基于USB示波器的万用仪，包括示波器模块和电流电压表模块，其特征在于，该装置还包括用于对外围电路进行控制的微处理器，所述示波器模块和电流电压表模块分别连接微处理器，所述微处理器还连接有函数信号发生器模块、存储单元、USB接口和电源模块，所述USB接口给电源模块供电。

本基于USB示波器的万用仪不是单独信号源、示波器、数字万用表功能模块一体放置，本万用仪通过微处理器的统一控制把示波器模块和电流电压表模块、函数信号发生器及电源模块都集成为微处理器的一个外围。从而提高了集成化程度。同时微处理的统一数据处理，方便了实验数据的传输和应用，从而提高了数据的移植性。

在上述的基于USB示波器的万用仪中，所述示波器模块包括选择触发单元和连接输入信号的示波器输入信号处理单元，所述选择触发单元输入端连接微处理器的输出端，所述选择触发单元输入端还连接示波器输入信号处理单元的输出端，所述选择触发单元输出端还连接微处理器的输入端，所述示波器输入信号处理单元的输出端连接微处理器的输入端。微处理器通过控制选择触发单元确定触发电平作为比较基准，当示波器输入信号处理单元连接检测电路的输入信号，则检测电路输出波形通过示波器输入信号处理单元输入给微处理器，同时输入信号处理单元还输出触发信号给选择触发单元做触发。选择触发单元具有捕获感兴趣的信号波形、确定时间参考零点和稳定显示波形的作用。由微处理器集成电路模块，减少硬件化电路结构，从而提高了集成化程度。

在上述的基于USB示波器的万用仪中，所述电流电压表模块包括分别连接微处理器输入端的电压表采集单元和电流表采集单元。这里通过电压表采集单元和电流表采集单元与微处理连接形成虚拟电压电流表，且共用微处理电路提高集成化。

在上述的基于USB示波器的万用仪中，所述电源模块包括供电电流检测单元和系统供电电源，所述供电电流检测单元输入端连接USB接口，所述供电电流检测单元输出端分别连接微处理器的输入端和系统供电电源。用于监测系统供电电源的输出电流变化输送电压给微处理器进行监控，并在监测下给系统供电电源进行供电，达到安全供电的目的。

在上述的基于USB示波器的万用仪中，所述电源模块还包括分别连接供电电流检测单元的外部供电单元。这里USB接口通过供电电流检测单元确定安全后对外部供电单元USB接口实现5V供电，同时通过两个相同的电路形式建立独立分开的内外两个供电部分不仅满足了系统自身供电需求同时集成了对外供电的能力。

在上述的基于USB示波器的万用仪中，所述外部供电单元包括分别连接供电电流检测单元的可调电源和固定电源，所述可调电源还连接微处理器的输出端。这里电源通过微处理器的输出脉冲宽度调制开关控制电压的升降，从而达到了调压的目的，使得外电源应用更加的广泛。

在上述的基于USB示波器的万用仪中，所述微处理器为STM32系列的单片机。这里选用的单片机芯片。本系统的下位机控制部分采用STM32F103RCT6的单片机作为主控制器。STM32作为示波器、函数信号发生器、电压电流表、存储芯片等外围电路的控制芯片，引出对应的I/O口和硬件电路进行连接作为信号输入输出。

与现有技术相比，本基于USB示波器的万用仪中，具有以下优点：

1、本实用新型由微处理器集成个电路模块，减少硬件化电路结构，从而提高了集成化程度。同时微处理的统一数据处理，方便了实验数据的传输和应用，从而提高了数据的移植性。

2、本实用新型具有学生实验用的常用电源正负5V，正负9V，1-8V可调电源，10ma恒流源，可以满足大部分的电子类课程实验项目需求。

附图说明

图1是本实用新型的电路框图。

图中，1、微处理器；2、函数信号发生器模块；3、示波器模块；31、选择触发单元；32、示波器输入信号处理单元；4、电源模块；41、供电电流检测单元；42、系统供电电源；43、外部供电单元；431、可调电源；432、固定电源；5、USB接口；6、存储单元；7、电流电压表模块；71、电压表采集单元；72、电流表采集单元。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1所示，本基于USB示波器的万用仪包括示波器模块3和电流电压表模块7，还包括用于对外围电路进行控制的微处理器1，微处理器1为STM32系列的单片机。这里选用的单片机芯片。示波器模块3和电流电压表模块7分别连接微处理器1。微处理器1还连接有函数信号发生器模块2、存储单元6、USB接口5和电源模块4，USB接口5给电源模块4供电。电流电压表模块7包括分别连接微处理器1输入端的电压表采集单元71和电流表采集单元72。这里通过电压表采集单元71和电流表采集单元72与微处理连接形成虚拟电压电流表，且共用微处理电路提高集成化。系统供电电源42连接有供电电流检测单元41，所述供电电流检测单元41连接微处理器1的输入端。用于监测系统供电电源42的输出电流变化输送电压给微处理器1进行监控。

示波器模块3包括选择触发单元31和连接输入信号的示波器输入信号处理单元32，选择触发单元31输入端连接微处理器1的输出端，选择触发单元31输入端还连接示波器输入信号处理单元32的输出端，选择触发单元31输出端连接微处理器1的输入端，示波器输入信号处理单元32的输出端连接微处理器1的输入端。微处理器1通过控制选择触发单元31确定触触发电平作为比较基准，当示波器输入信号处理单元32连接检测电路的输入信号，则检测电路输出波形通过示波器输入信号处理单元32输入给微处理器1，同时输入信号处理单元32还输出触发信号给选择触发单元31做比较触发。选择触发单元31具有捕获感兴趣的信号波形、确定时间参考零点和稳定显示波形的作用。由微处理器1集成个电路模块，减少硬件化电路结构，从而提高了集成化程度。

电源模块4包括供电电流检测单元41、系统供电电源42和连接供电电流检测单元41的外部供电单元43，供电电流检测单元41输入端连接USB接口5，供电电流检测单元41输出端分别连接微处理器1的输入端和系统供电电源42。用于监测系统供电电源42的输出电流变化输送电压给微处理器1进行监控，并在监测下给系统供电电源42进行供电，达到安全供电的目的。USB接口通过供电电流检测单元41确定安全后对外部供电单元43实现5V供电，同时通过两个相同的电路形式建立独立分开的内外两个供电部分不仅满足了系统自身供电需求同时集成了对外供电的能力。外部供电单元43包括分别连接供电电流检测单元41的可调电源431和固定电源432，可调电源431还连接微处理器1的输出端。这里电源通过微处理器1的输出脉冲宽度调制开关控制电压的升降，从而达到了调压的目的，使得外电源应用更加的广泛。

以下是本基于USB示波器的万用仪的工作原理：

本基于USB示波器的万用仪不是单独信号源、示波器、数字万用表功能模块一体放置，本万用仪通过微处理器1的统一控制把示波器模块3和电流电压表模块7、函数信号发生器及电源模块4都集成为微处理器1的一个外围。从而提高了集成化程度。同时微处理的统一数据处理，方便了实验数据的传输和应用，从而提高了数据的移植性。本系统的下位机控制部分采用STM32F103RCT6的单片机作为主控制器。STM32作为示波器，函数信号发生器，电压电流表，存储芯片等外围电路的控制芯片，引出对应的I/O口和硬件电路进行连接作为信号输入输出。

电源模块4主要分三部分组成，用于给系统供电部分的系统供电电源42，用于给外部输出电源的外部供电单元43以及用于系统电流检测的供电电流检测单元41。整个系统的供电来源为USB接口5连接外接设备的5V供电，USB接口5可以连接手机、平板、笔记本等设备进行低压供电。必要时也可外加外部5V供电，如充电宝或手机充电器等。系统供电电源42和外部供电单元43是独立分开的两部分电路，但电路形式相同。

同时外部供电单元43还包括可调电源431，可调电源431根据输出电平可分为以下几种：3.3V，±5V，±9V，0-9V输出可调。其中5V由USB电源直接提供，3.3V由5V经LM117芯片转化得到，±9V由+5V转化得到，可调电压由+9V降压得到，-5V由-10V降压得到。同时USB供电电流检测单元41通过采样一个采样电阻上的电压并通过两级放大，输入到单片机引脚来检测。

示波器电路由两路独立的示波器输入信号处理单元32和一路选择触发单元31组成。两路示波器输入信号处理单元32的结构都相同。两路示波器输入信号处理单元32通过一个手动选择信号为交直流档选择开关，然后将信号进行衰减。再放大再根据单片机输入需求进行衰减。最后将输出的信号输入到单片机端A/D采样输入端进行定时采样处理。输出端的稳压管起到保护单片机引脚的作用。

函数信号发生器为两个相同电路结构的双通道电路组成，单个函数信号发生器由两级放大组成。需要保证第二级放大器前直流偏置为0V时输出也为0V，因此需要抬高电路的输出基准电平。电压表采集单元71采用差分放大的形式，先对电压表两端的电压进行电阻分压进行衰减采集，并将电平抬升，最终输出匹配信号到单片机的电平上，输出给单片机的A/D口进行电平采集。

电流表部分电路可手动选择不同档位的量程，电路也采用差分放大的形式。通过使用不同大小的采样电阻进行电流采样，将采样电阻两级的信号放大，最后匹配信号输入到单片机A/D口采集，再用软件进行处理转换。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了微处理器1、函数信号发生器模块2、示波器模块3、选择触发单元31、示波器输入信号处理单元32、电源模块4、供电电流检测单元41、系统供电电源42、外部供电单元43、可调电源431、固定电源432、USB接口5、存储单元6、电流电压表模块7、电压表采集单元71、电流表采集单元72等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (7)

1.一种基于USB示波器的万用仪，包括示波器模块(3)和电流电压表模块(7)，其特征在于，该装置还包括用于对外围电路进行控制的微处理器(1)，所述示波器模块(3)和电流电压表模块(7)分别连接微处理器(1)，所述微处理器(1)还连接有函数信号发生器模块(2)、存储单元(6)、USB接口(5)和电源模块(4)，所述USB接口(5)给电源模块(4)供电。

2.根据权利要求1所述的基于USB示波器的万用仪，其特征在于，所述示波器模块(3)包括选择触发单元(31)和连接输入信号的示波器输入信号处理单元(32)，所述选择触发单元(32)输入端连接微处理器(1)的输出端，所述选择触发单元(32)输入端还连接示波器输入信号处理单元(32)的输出端，所述选择触发单元(31)输出端还连接微处理器(1)的输入端，所述示波器输入信号处理单元(32)的输出端连接微处理器(1)的输入端。

3.根据权利要求1或2所述的基于USB示波器的万用仪，其特征在于，所述电流电压表模块(7)包括分别连接微处理器(1)输入端的电压表采集单元(71)和电流表采集单元(72)。

4.根据权利要求1或2所述的基于USB示波器的万用仪，其特征在于，所述电源模块(4)包括供电电流检测单元(41)和系统供电电源(42)，所述供电电流检测单元(41)输入端连接USB接口(5)，所述供电电流检测单元(42)输出端分别连接微处理器(1)的输入端和系统供电电源(42)。

5.根据权利要求4所述的基于USB示波器的万用仪，其特征在于，所述电源模块(4)还包括分别连接供电电流检测单元(41)的外部供电单元(43)。

6.根据权利要求5所述的基于USB示波器的万用仪，其特征在于，所述外部供电单元(43)包括分别连接供电电流检测单元(41)的可调电源(431)和固定电源(432)，所述可调电源(432)还连接微处理器(1)的输出端。

7.根据权利要求1或2所述的基于USB示波器的万用仪，其特征在于，所述微处理器(1)为STM32系列的单片机。