[发明专利]虚拟电子测量仪器集成系统之综合信号发生器

说明书

技术领域

本技术发明是一种虚拟综合信号发生器，涉及虚拟仪器总线技术和电子测量技术领域，具体讲是一种以计算机为硬件平台核心，基于虚拟电子测量仪器集成系统总线VIIS-EM(Virtual Instrument Integration System for Electronic Measuring)，由系统控制器控制，用软件方法生成的综合信号发生器。

背景技术

(1)在测量电子系统的电气特性时，需要对该系统输入必要的激励信号，信号发生器就是一种能提供各种所需波形和参数，用作电子测量的激励信号源。在科研、教学、生产和工程技术中有着广泛的应用。电子测量中所需要的信号源有很多种，主要有标准波形信号发生器和任意波形/函数信号发生器两大类，其中标准波形信号发生器输出标准(基本)波形，如正弦波、方波、矩形波、三角波、锯齿波等等，任意波形/函数信号发生器输出用户自定义的任意波形，如扫频信号、调制波形信号、随机信号、伪随机信号、噪声信号等等。

(2)虚拟仪器技术是计算机技术和仪器技术的深层次结合，其以计算机为基础平台，利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成测试、测量任务。仪器的操作、测量、控制、分析和显示等功能均由软件来实现，通过修改软件即可修改或增减仪器的功能，充分体现了“软件就是仪器”的新概念和技术理念。虚拟仪器以其性价比高、灵活性好、功能丰富、速度快等优势成为仪器仪表领域的研究热点。

(3)虚拟电子测量仪器集成系统是吉林大学虚拟仪器实验室研发的一种基于虚拟仪器技术方案的模块化仪器集成系统，系统采用“一个控制器加多个仪器模块”的体系结构和设计思想，将各类通用的电子测量仪器模块化、板卡化，通过所定义的专用仪器总线VIIS-EM集成到一个3U机箱中。

VIIS-EM总线是专门为虚拟电子测量仪器集成系统定义的一种总线。系统控制器负责命令的解析与数据的传输，控制各功能模块协调工作，并通过USB2.0接口与计算机通信。仪器模块包括任信号发生器、示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、LCR测试仪、集成电路测试仪等等。

发明内容

1.技术问题与本发明的目的

(1)电子测量工作中所需要的信号波形种类很多，如背景技术(1)所述，并且要求信号频率范围宽、可以方便调节、具有较高的精度。采用传统硬件化信号发生器的技术方案来实现这一目标，往往是一种波形信号就需要一种特定的电子电路来实现，技术成本很高，且难以充分达到和满足需求，因此硬件化的信号发生器品种繁多。

(2)电子测量技术领域需要一个能够提供系列信号波形以作为电子测量激励源的技术解决方案，也就是需要一个既能生成绝大多数常规波形信号，又能产生任意波形/函数信号，同时还能输出用户自定义信号的信号发生器。在最精简的硬件系统设计方案前提下，采用以软件为核心的虚拟仪器技术是这一技术问题的优选解决方案，因此可称之为虚拟综合信号发生器。

(3)电子测量工作中，需要信号源、时间域、频率域、数字域等各类电子测量仪器配合协同工作，因此将各类电子测量仪器集成于一个统一的平台之上是电子测量仪器的发展趋势，采用虚拟仪器总线技术实现这一系统集成，是最为有效的技术方案，因此称之为虚拟电子测量仪器集成系统。虚拟综合信号发生器是基于虚拟电子测量仪器集成系统体系结构的模块化仪器之一。

2.本发明的具体内容

本技术发明是基于虚拟电子测量仪器集成系统总线VIIS-EM和系统控制器而设计的一种信号发生器。

信号发生器硬件结构

硬件结构包括总线接口通信模块、DDS信号发生模块、信号调理模块三个主要部分。

(1)总线接口通信模块，主要包括微处理器和双口RAM寄存器，微处理器采用AT89C52型号单片机，微处理器通过双口RAM实现与系统总线接口的通信。

(2)DDS信号发生模块，该部分利用FPGA来实现，是信号发生器的核心，包括时钟发生、同步触发控制、相位累加器、波形数据存储器和D/A转换。

(3)信号调理模块，包括放大电路和滤波电路等，它们将输出的信号进行放大，滤波，并同时具有幅度调节，直流偏置调节，输出哀减等功能，该部分由微处理器控制。

信号发生器软件结构

信号发生器软件结构包括上层应用软件和仪器驱动程序两部分。