CN208636357U - 一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形测量仪 - Google Patents

Abstract

一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形测量仪，包括壳体、测头、输入信号调理电路、输入阻抗变换电路、信号放大电路、电平转移电路、模数转换电路、高速缓存电路，单片机U12，分频器，电源变换电路、蓝牙接口和USB接口。输入信号调理电路、输入阻抗变换电路、信号放大电路、电平转移电路、模数转换电路、高速缓存电路，单片机U12，分频器和电源变换电路分别按设计要求装设在电路板上。蓝牙接口装设在壳体上。测头与输入信号调理电路通过BNC插座P1连接。本实用新型成本低，可以让示波器成为易于普及的一种测量仪器，随时随地把手边的手机或平板电脑变为一台示波器。

Description

一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形测量仪

技术领域

本实用新型属于仪器仪表测量领域，特别是涉及一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形的测量仪。

背景技术

目前已有各类专用示波器，用于电信号波形的测量，但存在价格高、体积重量大、携带不便、用途单一、社会普及度不高的问题，在很多情况下很难在手边找到合适的测量设备。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形的测量仪。本实用新型利用手机或平板电脑作为主控与显示平台，具有比现有设备普及度高，成本低，易于普及的特点，通过本实用新型可以让示波器成为易于普及的一种测量仪器，随时随地把手边的手机或平板电脑变为一台示波器。

采用的技术方案是：

一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形测量仪，是以手机或平板电脑为主控和显示平台，手机或平板电脑上设有APP程序，通过蓝牙与电信号波形测量仪通讯，其特征在于：

电信号波形测量议，包括仪器壳体、测头和信号接收处理输出控制电路，信号接收处理输出控制电路包括输入信号调理电路、输入阻抗变换电路、信号放大电路、电平转移电路、模数转换电路、高速缓存电路，单片机U12、分频器、电源变换电路、蓝牙接口和USB接口。输入信号调理电路、输入阻抗变换电路、信号放大电路、电平转移电路、模数转换电路、高速缓存电路，单片机U12、分频器和电源变换电路按设计要求装设在电路板上，电路板装设在仪器壳体。蓝牙接口和USB接口装设在壳体上的设定位置。测头通过BNC插座P1与输入信号调理电路的对应接口相连。测头接入待测电信号，电信号数字化后通过蓝牙无线方式传送到手机或平板电脑显示，同时以无线方式接受手机或平板电脑的控制。

所述输入信号调理电路是以继电器RL1～RL5为核心及周边的阻容网络构成，完成输入信号的AC-DC转换与输入信号的衰减，其中继电器RL1与电容C5共同完成DC/AC切换功能，电容C1、C2、C3、C4与电阻R1、R2、R3、R4构成的阻容网络与继电器RL2-RL5构成输入档位切换，完成输入信号衰减功能。继电器RL1～RL5的3脚分别与单片机U12的2～6脚相连，接收单片机控制。继电器RL2-RL5的7脚接在一起通过电阻R9与后面的输入阻抗变换电路相连；输入阻抗变换电路由第一级运算放大器U3A接成射随器与电阻R12构成；信号放大电路主要由U3B构成，输入阻抗变换级的信号输出端U3A的2脚与R12的接合点与信号放大电路U3B的输入正5脚连接。信号放大电路U3B与电阻R14、R15、R16和继电器RL6共同构成了2、20倍可编程正向放大器，当继电器RL6闭合时，放大器放大倍数为20倍，当继电器RL6断开时，放大器放大倍数为2倍；信号放大电路与输入信号调理电路配合共同完成垂直零敏度的调整。阻抗变换电路U3A、信号放大电路U3B为封装在一起的双宽带运放LM6172IM中的两个运放模块。二极管D3、D4用于对输入阻抗变换电路的保护，在输入信号电压过高时提供一定的保护功能；电阻R17、R18、R19、R20、集成电路U4与5V电源共同构成电平转移电路，完成±5V到1.5V～3.5V的线性电平转换，信号放大级的输出U3B的7脚通过电阻R17接入电平转换电路。电平转换电路的输出在电阻R17、R19、R20、电容C28的接合点产生的1.5V～3.5V信号接入数模转换电路U8的17脚进行数模转换。集成电路U4为2.5V电压基准TL431。集成电路U8、电容C11、C12、C13、C15、C19和电感L3构成的模数转换电路完成模数转换，集成电路U8为高速模数转换集成电路AD830E，集成电路U8接成单端输入模式，电压转换范围为1.5V～3.5V，二极管D5、D6完成对集成电路U8的输入端保护。高速缓存电路由双端口RAM U10构成，U10型号为IDT7205，用以协调集成电路U8与单片机U12之间的速度差距。双端口RAM U10输入端4、5、6、7、28、29、30、31脚分别与集成电路U8的数字输出端2、3、4、5、6、7、8、9脚相连，U10输出端10、11、13、14、19、20、21、22与单片机U12的33、34、35、36、37、38、39、40脚相连。单片机U12为40脚封装的单片机PIC18F4550。单片机U12的A口2、3、4、5、6、7脚主要用于输入信号调理电路的切换控制，B口33、34、35、36、37、38、39、40脚用于和双端口RAM U10接口，C口15、16、17、23、24、25、26脚用于USB接口和分频器控制，其中分频器控制与集成电路U10的控制还使用了部分D口数据线；由于单片机U12的串口考虑布线需求已被集成电路U10占用，因此使用了D口的RD1、RD2采用软件方式模拟了串口与蓝牙模块通迅；蓝牙模块U13与手机或平板电脑通迅，蓝牙模块U13型号为HC-06。晶体振荡器JT接在单片机U12的13、14脚间，电阻R23接在单片机U12的1脚与5V电源间，电容C31接在单片机U12与地间，晶体振荡器JT、电阻R23、电容C31和单片机U12构成单片机最小系统，满足单片机工作的最基本条件。

本实用新型的采样速率控制使用了两片数字集成电路芯片U9、U11，通过对有源晶体振荡器YYJT1进行分频控制采样率，数字集成电路芯片U9采用12级二进制计数器74HC4040，数字集成电路芯片U11采用8选1选择器74HC4051，其中数字集成电路芯片U11的控制通过其9、10、11脚与单片机U12的17、16、15相连实现。

电源变换电路主要由集成电路U1、U2、U5、U6、U7构成。电源电压包括：数字+5V、模拟+5V，+9V、-9V、+3.3V，其中数字+5V直接由USB接口USB1接入；集成电路U1及电阻R5、R6、R10、R13、电感L1、电容C6、C10，C14、二极管D3将数字+5V转为+12V，再由集成电路U5、电容C18、C21、C24转为模拟+5V电源，由集成电路U6、电容C17、C22、C25转为+9V电源；集成电路U1型号为MC34063AD，集成电路U5型号为78L05，集成电路U6型号为78L09。集成电路U2及电阻R7、R8、R11、电容C7、电感L2、二极管D4将数字+5V转为-12V，再由集成电路U7及电容C16、C20、C26、C27转为模拟-9V电源；集成电路U2型号为MC34063AD，集成电路U7型号为79L09。其中+9V、-9V电源主要供转入阻抗变换电路、信号放大电路使用，+9V电源接入二极管D1负极，-9V电源接入二极管D2正极用于输入保护；+9V接集成电路U3的8脚，-9V接集成电路U3的4脚用于输入阻抗变换级与信号放大电路的供电；模拟+5V接电阻R20的一端用于电平转换电路。蓝牙模块的3.3V电源使用了一片3.3稳压电源芯片U14提供，稳压电源芯片U14型号为REG1117-3.3。其它电路的供电均由数字5V提供，网络标签为VCC。本机通过蓝牙与手机或平板电脑通迅时，供电由外接5V电源通过USB1提供。电容C28-C37的功能是滤波，电阻R22和LED1构成电源指示电路，图中所有接地均应连接在一起，所有电源符号均应按电压联接在一起。

本实用新型以手机或平板电脑为主控和显示平台，所述手机或平板电脑上设有APP程序，通过蓝牙与电信号测量装置通讯。

利用手机或平板电脑作为主控平台，电信号测量装置获得的电信号波形测量结果数字化后的波形信号信息以无线方式传递到手机或平板电脑进行处理，并显示波形。

本实用新型的优点:

本实用新型利用手机或平板电脑作为主控平台，具有比现有设备普及度高，成本低，易于普及的特点，通过本实用新型可以让示波器成为易于普及的一种测量仪器，随时随地把手边的手机或平板电脑变为一台示波器。本实用新型可通过给手机增加特定的物联网附件，实现手机功能扩展，增加电信号波形测量功能，同时测量波形可以通过社交软件等方式分享。

本实用新型的使用或动作过程:

首先联接外接电源，将测量头接触被测点待测电信号，启动手机上面的APP程序，点击连接按钮，出现连接界面，选择示波器设备，之后选择时基按钮即可切换采样率，选择垂直灵敏度按钮切换量程，选择触发方式选择上升沿触发、下降沿触发等触发方式，选择触发电压切换触发点，熟悉手机和示波器操作的使用者经过简单的摸索即可上手。本实用新型的左侧的测头接入待测电信号，电信号数字化后通过无线方式传送到手机或平板电脑显示，同时以无线方式接受手机或平板电脑的控制。

附图说明

图1是本实用新型的一种实施例的电路原理整体图。

图2是图1的第Ⅰ部分图。

图3是图1的第Ⅱ部分图。

图4是图1的第Ⅲ部分图。

图5是图1的第Ⅳ部分图。

图6是图1的第Ⅴ部分图。

图7是图1的第Ⅵ部分图。

图8是手机示波器波形显示示意图。

将图1分割成第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ部分。其中，a1-a24为切割的分界线。

具体实施方式

一种手机或平板电脑控制与显示的测量仪，是以手机或平板电脑为主控和显示平台，手机或平板电脑上设有APP程序，通过蓝牙与电信号波形测量仪通迅，其特征在于：

电信号波形测量仪，包括仪器壳体、测头和信号接收处理输出控制电路，信号接收处理输出控制电路包括输入信号调理电路、输入阻抗变换电路、信号放大电路、电平转移电路、模数转换电路、高速缓存电路、单片机U12、分频器、电源变换电路、蓝牙接口和USB接口。测头通过BNC插座P1与输入信号调理电路对应接口相连。输入信号调理电路主要由继电器RL1、RL2、RL3、RL4、RL5为核心及与周边的阻容网络电连接构成，完成输入信号的AC-DC转换与输入信号的衰减，其中继电器RL1的触点电路的两端(1.7)与电容C5连接。继电器RL1与电容C5共同完成DC/AC切换功能。电容C3与电阻R1并联、电容C4与电阻R3并联、电容C1与电阻R2并联、电容C2与电阻R4并联构成的阻容网络分别与继电器RL2-RL5的触点电路的一端连接，构成输入档位切换，完成输入信号衰减功能。继电器RL1～RL5的3脚分别与单片机U12的2～6脚相连，接收单片机控制。继电器RL2-RL5的7脚接在一起经电阻R9与后面的输入阻抗变换电路相连；输入阻抗变换电路由第一级运算放大器U3A接成射随器与电阻R12构成；信号放大电路主要由U3B构成；输入阻抗变换级的信号输出端U3A的2脚与R12的接合点与信号放大电路U3B的输入正5脚连接。信号放大电路U3B与电阻R14、R15、R16和继电器RL6共同构成了2、20倍可编程正向放大器，当继电器RL6闭合时，放大器放大倍数为20倍，当继电器RL6断开时，放大器放大倍数为2倍；信号放大电路与输入信号调理电路配合共同完成垂直零敏度的调整。信号放大电路U3B的输出端经电阻R17接集成电路U8的17脚，同时经电阻R19接U4的2脚，经电阻R20接+5V。集成电路U4经电阻R18接+5V。电阻R17、R18、R19、R20、集成电路U4与5V电源共同构成电平转移电路，完成±5V到1.5V～3.5V的线性电平转移以适应后级对输入电平的要求，其中：集成电路U4为电压基准。集成电路U8的2—9脚分别接集成电路U10的28、29、30、31、4、5、6和7脚，集成电路U10的22、21、20、19、14、13、11、10脚分别接单片机U12的40、39、38、37、36、35、34和33脚。集成电路U10的9、25脚分别接集成电路U12的26、25脚。单片机U12的24、23脚分别接USB1的D1、D2脚。单片机U12的17、16、15脚分别接集成电路U11的9、10、11脚。单片机U12的13脚经JT接单片机U12的14脚。单片机U12的21、20脚分别接集成电路U13的2、1脚。集成电路U13的12脚接集成电路U14的2脚,U11的16脚接集成电路U9的16脚并接入数字电源5V，有源晶振器YYJT1的输出3脚分别接U9的10脚和U11的13脚。集成电路U11的14、15、12、1、5、2、4脚分别接集成电路U9的13、14、9、1、7、2、6脚。

经过前四级调理的模拟信号通过U8的第17脚进入的。由集成电路U8、电容C11、C12、C13、C15、C19和电感L3构成的模数转换级完成数模转换，集成电路U8接成单端输入模式，电压转换范围为1.5V～3.5V，二极管D5、D6完成对集成电路U8的输入端保护。双端口RAM、U10构成高速缓存，用以协调集成电路U8与单片机U12之间的速度差距。单片机为40脚封装。单片机的A口主要用于输入信号调理电路的切换控制，B口用于和集成电路U10接口，C口用于USB接口和分频器控制，其中分频器控制与集成电路U10的控制还使用了部分D口数据线；由于单片机U12的串口考虑布线需求已被集成电路U10占用，因此使用了D口的RD1、RD2采用软件方式模拟了串口与蓝牙模块通迅；蓝牙模块U13与手机或平板电脑通迅。晶体振荡器JT接在单片机U12的13、14脚间，电阻R23接在U12的1脚与5V电源间，电容C31接在单片机U12与地间，晶体振荡器JT、电阻R23、电容C31和单片机U12构成单片机最小系统，满足单片机工作的最基本条件。本机的采样速率控制使用了两片数字集成电路芯片U9、U11，通过对有源晶体振荡器YYJT1进行分频控制采样率。数字集成电路芯片U9采用12级二进制计数器74HC4040，数字集成电路芯片U11采用8选1选择器74HC4051，其中U数字集成电路芯片11的控制通过其9、10、11脚与单片机U12的17、16、15相连实现。

电源变换电路主要由集成电路U1、U2、U5、U6、U7构成。电源电压包括：数字+5V、模拟+5V，+9V、-9V、+3.3V，其中数字+5V直接由USB接口USB1接入；集成电路U1及电阻R5、R6、R10、R13、电感L1、电容C6、C10，C14、二极管D3将数字+5V转为+12V，再由集成电路U5、电容C18、C21、C24转为模拟+5V电源，由集成电路U6、电容C17、C22、C25转为+9V电源；集成电路U1型号为MC34063AD，集成电路U5型号为78L05，集成电路U6型号为78L09。集成电路U2及电阻R7、R8、R11、电容C7、电感L2、二极管D4将数字+5V转为-12V，再由集成电路U7及电容C16、C20、C26、C27转为模拟-9V电源；集成电路U2型号为MC34063AD，集成电路U7型号为79L09。其中+9V、-9V电源主要供转入阻抗变换电路、信号放大电路使用，+9V电源接入二极管D1负极，-9V电源接入二极管D2正极用于输入保护；+9V接集成电路U3的8脚，-9V接集成电路U3的4脚用于输入阻抗变换级与信号放大电路的供电；模拟+5V接电阻R20的一端用于电平转换电路。蓝牙模块的3.3V电源使用了一片3.3稳压电源芯片U14提供，稳压电源芯片U14型号为REG1117-3.3。其它电路的供电均由数字5V提供，网络标签为VCC。本机通过蓝牙与手机或平板电脑通迅时，供电由外接5V电源通过USB1提供。电容C28-C37的功能是滤波，电阻R22和LED1构成电源指示电路，图中所有接地均应连接在一起，所有电源符号均应按电压联接在一起。

各器件参数见下表：

Claims (2)

1.一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形测量仪，电信号波形测量仪包括仪器壳体、测头和信号接收处理输出控制电路，其特征在于：信号接收处理输出控制电路包括输入信号调理电路、输入阻抗变换电路、信号放大电路、电平转移电路、模数转换电路、高速缓存电路，单片机U12，分频器，电源变换电路、蓝牙接口和USB接口；输入信号调理电路、输入阻抗变换电路、信号放大电路、电平转移电路、模数转换电路、高速缓存电路，单片机U12、分频器、电源变换电路按设计要求装设在电路板上，电路板装设在壳体内；蓝牙接口和USB接口装设在壳体上的设定位置；测头与输入信号调理电路通过BNC插座P1连接。

2.根据权利要求1所述的一种手机或平板电脑控制与显示的电信号波形测量仪，其特征在于：

输入信号调理电路主要由继电器RL1、RL2、RL3、RL4、RL5为核心及与周边的阻容网络电连接构成，其中继电器RL1的触点电路的两端(1.7)与电容C5连接；电容C3与电阻R1并联、电容C4与电阻R3并联、电容C1与电阻R2并联、电容C2与电阻R4并联构成的阻容网络分别与继电器RL2-RL5的触点电路的一端连接，构成输入档位切换；继电器RL1～RL5的3脚分别与单片机U12的2～6脚相连；继电器RL2-RL5的7脚接在一起经电阻R9与后面的输入阻抗变换电路相连；输入阻抗变换电路由第一级运算放大器U3A接成射随器与电阻R12构成；信号放大电路主要由U3B构成；输入阻抗变换级的信号输出端U3A的2脚与R12的接合点与信号放大电路U3B的输入正5脚连接；信号放大电路U3B与电阻R14、R15、R16和继电器RL6共同构成了2、20倍可编程正向放大器；信号放大电路U3B的输出端经电阻R17接集成电路U8的17脚，同时经电阻R19接集成电路U4的2脚，经电阻R20接+5V；集成电路U4经电阻R18接+5V；电阻R17、R18、R19、R20、集成电路U4与5V电源共同构成电平转移电路，其中：集成电路U4为电压基准；集成电路U8的2—9脚分别接集成电路U10的28、29、30、31、4、5、6和7脚，集成电路U10的22、21、20、19、14、13、11、10脚分别接单片机U12的40、39、38、37、36、35、34和33脚；集成电路U10的9、25脚分别接集成电路U12的26、25脚；单片机U12的24、23脚分别接USB1的D1、D2脚；单片机U12的17、16、15脚分别接集成电路U11的9、10、11脚；单片机U12的13脚经JT接单片机U12的14脚；单片机U12的21、20脚分别接集成电路U13的2、1脚；集成电路U13的12脚接集成电路U14的2脚, 集成电路U11的16脚接集成电路U9的16脚并接入数字电源5V，有源晶振器YYJT1的输出3脚分别接集成电路U9的10脚和集成电路U11的13脚；集成电路U11的14、15、12、1、5、2、4脚分别接集成电路U9的13、14、9、1、7、2、6脚；

经过前四级调理的模拟信号通过U8的第17脚进入；由集成电路U8、电容C11、C12、C13、C15、C19和电感L3构成的模数转换级完成数模转换，集成电路U8接成单端输入模式，电压转换范围为1.5V～3.5V，二极管D5、D6完成对集成电路U8的输入端保护；双端口RAM 、U10构成高速缓存，用以协调集成电路U8与单片机U12之间的速度差距；单片机为40脚封装；单片机的A口主要用于输入信号调理电路的切换控制，B口用于和集成电路U10接口，C口用于USB接口和分频器控制，D口的RD1、RD2采用软件方式模拟了串口与蓝牙模块通迅；蓝牙模块U13与手机或平板电脑通迅；晶体振荡器JT接在单片机U12的13、14脚间，电阻R23接在单片机U12的1脚与5V电源间，电容C31接在单片机U12与地间，晶体振荡器JT、电阻R23、电容C31和单片机U12构成单片机最小系统，本机的采样速率控制使用了两片数字集成电路芯片U9、U11，通过对有源晶体振荡器YYJT1进行分频控制采样率；数字集成电路芯片U9采用12级二进制计数器74HC4040，数字集成电路芯片U11采用8选1选择器74HC4051，其中U数字集成电路芯片11的控制通过其9、10、11脚与单片机U12的17、16、15相连实现；

电源变换电路主要由集成电路U1、U2、U5、U6、U7构成；电源电压包括：数字+5V、模拟+5V，+9V、-9V、+3.3V，其中数字+5V直接由USB接口USB1接入；集成电路U1及电阻R5、R6、R10、R13、电感L1、电容C6、C10，C14、二极管D3将数字+5V转为+12V，再由集成电路U5、电容C18、C21、C24转为模拟+5V电源，由集成电路U6、电容C17、C22、C25转为+9V电源；集成电路U1型号为MC34063AD，集成电路U5型号为78L05，集成电路U6型号为78L09；集成电路U2及电阻R7、R8、R11、电容C7、电感L2、二极管D4将数字+5V转为-12V，再由集成电路U7及电容C16、C20、C26、C27转为模拟-9V电源；集成电路U2型号为MC34063AD，集成电路U7型号为79L09；其中+9V、-9V电源主要供转入阻抗变换电路、信号放大电路使用，+9V电源接入二极管D1负极，-9V电源接入二极管D2正极用于输入保护；+9V接集成电路U3的8脚，-9V接集成电路U3的4脚用于输入阻抗变换级与信号放大电路的供电；模拟+5V接电阻R20的一端用于电平转换电路；蓝牙模块的3.3V电源使用了一片3.3稳压电源芯片U14提供，稳压电源芯片U14型号为REG1117-3.3；其它电路的供电均由数字5V提供，网络标签为VCC；本机通过蓝牙与手机或平板电脑通迅时，供电由外接5V电源通过USB1提供；电容C28-C37的功能是滤波，电阻R22和LED1构成电源指示电路；

其中：单片机U12型号为PIC18F4550、继电器RL1、RL2、RL3、RL4、RL5的型号均为SIP-1A05B、信号放大电路U3B型号为LM6172IM、集成电路U8型号为ADS830E、集成电路U4型号为TL431、集成电路U13型号为hc-06、集成电路U10型号为IDT7205、有源晶体振荡器YYJT1型号为60M。