[发明专利]个人实验室系统集成装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种个人实验室系统集成装置，特别是涉及一种多通道独立可调电压输出、实时电流测量、多通道独立可调电流源、多通道独立电压输入检测、电平可调的数字IO控制、产生PWM信号、支持I2C，SPI通讯协议的系统集成装置。

背景技术

在进行电子产品开发时，虽然开发人员只想对关键技术部分进行验证和评估，但往往会为此做大量重复和看似重要的工作，例如为系统提供多种电压、实时监测多组数据、数字电平转换、外接使能控制信号，常用通讯协议(I²C、SPI)的驱动实现等等。为实现上述工作需要购买多种仪器和仪表，重复打样，手动测量大量实验数据，投入大量时间、人力、物力和财力。

发明内容

本发明提供了一种将实验室中的资源集成为一体的装置。该装置集成了多通道独立可调电压输出、实时电流测量、多通道独立可调电流源、多通道独立电压输入检测、电平可调的数字IO控制、产生PWM信号、支持I2C，SPI通讯协议。可快速开展实验，轻易的获得大量的测试数据，关注实验的关键点，达到节约资源，简化实验或测试步骤，缩短实验或测试周期的目的。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种个人实验室系统集成装置，该装置能在PC或操作面板的控制下，实现多通道独立可调电压输出、实时电流测量、多通道独立可调电流源、多通道独立电压输入检测、电平可调的数字IO控制、产生PWM信号、I2C，SPI通讯协议。

优选地，多通道独立可调电压输出，该个人实验室系统集成装置主板上设有CPU和FPGA，其中CPU接收输出电压的指令并将其转换成控制指令，该控制指令被传递至FPGA，FPGA根据该控制指令产生DAC转换控制时序，输出模拟电压，该模拟电压经电压、电流放大驱动模块驱动后，再经过过电流保护和电流检测模块，通过驱动板上的实验接口电压输出端输出。

优选地，实时多通道电流检测。电流检测模块实时检测电压输出通道流过的电流信号，该电流检测模块包括采样电阻和差动放大模块，其中采样电阻取得电流信号，经过差动放大和幅值调理后，再通过模拟输入通道送入主板上的A/D转换器进行模数转换。通过FPGA读取ADC转换结果，送入CPU，经CPU补偿计算后转换成相应的电流值。

优选地，多通道电压检测。外部输入的模拟电压信号经由过电压保护电路后，再送入模拟电压输入缓冲模块进行缓冲和电平转换，之后送入主板上的A/D转换器进行模数转换，通过FPGA读取ADC转换结果，送入CPU，经CPU补偿计算后转换成相应的电压值。

优选地，多电流源输出通道，CPU接收电流源输出电流的指令，计算出相应的控制量，并将其转换成控制指令，该控制指令被传递至FPGA，FPGA根据该控制指令产生D/A转换器控制时序，经DAC输出模拟控制电压值，该模拟电压值输入驱动板上的电流源驱动模块，该电流源驱动模块将该电压值转换成电流源，通过驱动板上的电流源输出接口输出。

优选地，该装置还包括输入、输出电平可调的数字I/O接口，采用如下所述的电压输出方式输出三路数字IO控制电压，分别是数字信号高电平电压、低电平电压和门限电压：CPU接收输出电压的指令并将其转换成控制指令，该控制指令被传递至FPGA，FPGA根据该控制指令产生DAC转换控制时序，输出模拟电压，该模拟电压经电压、电流放大驱动模块驱动后，再经过过电流保护和电流检测模块，经过电流保护和电流检测模块后作为数字IO输入和输出的参考基准；其中高电平电压、低电平电压通过多路模拟开关器件切换，实现数字IO输入、输出电平的调节，门限电压连接到多路模拟开关用作数字IO输入信号0和1门限判别。

优选地，数字IO的输出采用高速模拟多路开关直接连接到高电平电压或低电平电压，运用数字IO的扫描输出，配合对高电平和低电平参考基准的电流测量，实现对数字IO连接开路和短路的检测。(数字IO开路或短路连接侦测)

优选地，实验接口的数字IO，通过FPGA灵活的配置指定的IO成为I2C、SPI通讯协议的数据、时钟线和控制线，在FPGA控制下实现I2C、SPI的通讯时序，实现与实验对象的数据交换。

优选地，其还包括PWM信号输出。CPU接收PC或操作面板的指令，转换成对应的PWM频率和占空比值并传送至FPGA，FPGA根据CPU的控制量输出对应的PWM信号。

本发明的积极进步效果在于：