黃英財(cái)（集美大學(xué)，福建 廈門 361021）

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虛擬電子儀器信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)分析

黃英財(cái)
（集美大學(xué)，福建 廈門 361021）

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益創(chuàng)新以及多行業(yè)的不斷滲透，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展動(dòng)力中不可或缺的因素，測(cè)量控制儀器行業(yè)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的影響下正在發(fā)生顛覆性的變革。縱觀儀器行業(yè)的發(fā)展，虛擬技術(shù)的出現(xiàn)試一次測(cè)試性的革命。本文將對(duì)虛擬儀器的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，借助邏輯分析儀工具，對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行測(cè)試，從而總結(jié)虛擬電子儀器信號(hào)檢測(cè)技術(shù)原理。

關(guān)鍵詞：電子儀器；虛擬；邏輯分析；數(shù)字信號(hào)

儀器設(shè)備是由多個(gè)集成電路組成，如果其中某一個(gè)集成發(fā)生了故障，就會(huì)影響儀器的穩(wěn)定運(yùn)行，因此數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)，就是對(duì)集成電路單元的檢測(cè)，保證儀器可靠運(yùn)行的技術(shù)。

1　虛擬儀器技術(shù)簡(jiǎn)介

20世紀(jì)美國(guó)公司就提出了將儀器簡(jiǎn)單的模塊化的理念，并且首次公開(kāi)了虛擬儀器平臺(tái)，模塊化就是通過(guò)數(shù)據(jù)采集+處理器+相應(yīng)開(kāi)發(fā)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件開(kāi)發(fā)，從而降低成本和時(shí)間，提升效率。虛擬儀器對(duì)軟件平臺(tái)需求較高，將現(xiàn)代儀器儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使得檢測(cè)儀器領(lǐng)域跨入創(chuàng)新技術(shù)時(shí)代。虛擬儀器的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在：豐富的自定義界面。核心軟件、兼容性和可擴(kuò)展性強(qiáng)。

2　數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)原理

2.1數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)基本思路

數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)就是對(duì)數(shù)字系統(tǒng)測(cè)試，得出結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而得出結(jié)論，數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)一般多用于對(duì)電路中的元器件檢測(cè)，從而判斷零部件的運(yùn)行狀態(tài)。此外數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)也可以用于對(duì)被檢測(cè)的系統(tǒng)故障中，對(duì)故障進(jìn)行定位和分析，從而為檢修提供依據(jù)［1］。

2.2數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)工具

數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步，也帶動(dòng)了檢測(cè)工具的進(jìn)步，目前常用的檢測(cè)工具主要有數(shù)字信號(hào)源、邏輯分析儀。邏輯分析儀將是本文著重進(jìn)行分析的檢測(cè)工具。目前市面上的邏輯分析儀品種較多，但是基本組成都相似，根據(jù)采樣和顯示上的區(qū)別分為定時(shí)和狀態(tài)兩種類型。

2.3邏輯分析儀組成原理

市面上有許多不同品牌的邏輯分析儀，但基本的組成原理都是相似的，都是由數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩個(gè)部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)捕獲部分結(jié)束后，才是進(jìn)入數(shù)據(jù)顯示單元。而數(shù)據(jù)捕獲的結(jié)構(gòu)包含了時(shí)鐘選擇、信號(hào)輸入、采樣、觸發(fā)產(chǎn)生、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)五個(gè)部分［2］。

2.4邏輯分析儀硬件關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。探頭是前段輸入信號(hào)和邏輯分析儀之間的連接樞紐，因而最前端單元探頭十分關(guān)鍵，市場(chǎng)上有多種探頭任意選擇，但這些探頭都會(huì)受到自身阻抗干擾，在信號(hào)觀測(cè)中發(fā)生邊沿跳變，影響檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)，使信號(hào)失真。為了避免自身阻抗干擾，本文選擇TL3016作為電壓比較芯片，其優(yōu)勢(shì)在于以下方面：首選，TL3016只需10.6mA典型值達(dá)到7.6ns的延遲傳播，響應(yīng)十分迅速。其次，TL3016供電方面可任意選擇5V或者±5V，并且可直接驅(qū)動(dòng)TTL電平的被測(cè)數(shù)字電路，節(jié)省PCB板，降低干擾。第三，TL3016具有可鎖存互補(bǔ)輸出，并且功耗較低，消耗一半的功率實(shí)現(xiàn)更高地速率運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）微處理器模塊。在選取微處理器的型號(hào)時(shí)，要考慮性能指標(biāo)，而性能指標(biāo)取決于微處理器的質(zhì)量及能力。微處理器的選擇指標(biāo)主要考慮體積、功耗、控制功能、執(zhí)行效率等。本文選擇一款MCU即AT89S52。

（3）FPGA關(guān)鍵模塊。本文選擇ALTERA公司推出的 EP1C6T144C8型號(hào)。EP1C6T144C8芯片資源使用比例可以有效的顯示芯片邏輯塊、引腳及內(nèi)存的使用和剩余空間比例，進(jìn)行編譯（Ctrl+L）后得到如下圖 1所示，證明了選用EP1C6T144C8 芯片的正確性和合理性：

2.5邏輯分析儀軟件結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

邏輯分析儀的軟件總體方案選擇各個(gè)單元逐步構(gòu)建方法，包括存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及回放單元、波形及狀態(tài)顯示單元、數(shù)據(jù)操作單元、控制參數(shù)初始化單元。整個(gè)構(gòu)件過(guò)程依靠于LabVIEW編程，通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平臺(tái)的通訊，運(yùn)用LabVIEW 編寫的程序模塊對(duì)其完成各種處理與多種方式顯示。如圖所示：

3　實(shí)測(cè)案例分析

本論文的實(shí)驗(yàn)測(cè)試案例應(yīng)用單片機(jī)的最小系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示。依據(jù)共陽(yáng)極數(shù)碼管的特性能夠準(zhǔn)確計(jì)算出顯示0-F中任意一個(gè)數(shù)字時(shí)的8個(gè)不同邏輯電平（0，1）組合，數(shù)碼管與P口對(duì)應(yīng)關(guān)系及數(shù)據(jù)循環(huán)顯示時(shí)邏輯電平序列如表2所示。將測(cè)試電路連接到研制儀器的輸入端，通過(guò)結(jié)果顯示比對(duì)檢驗(yàn)本次開(kāi)發(fā)的邏輯分析儀的可行性。

圖1　芯片資源使用比例

圖2　案例電路

首先是測(cè)試前的準(zhǔn)備工作，按照電路圖連接好線路，并將四個(gè)I/O接口兩兩一組按照芯片管腳順與邏輯分析儀的輸入探頭相連接，例如P1.0-P1.7依次連接到邏輯分析儀的 1-8號(hào)或者9-15號(hào)探頭，連接和準(zhǔn)備工作確認(rèn)無(wú)誤之后，可以打開(kāi)儀器和電源，對(duì)邏輯分析儀初始化，按照初始化的界面提示對(duì)應(yīng)的設(shè)備槽號(hào)，自己手工加載DLL文件，設(shè)定信號(hào)采樣率值，選取數(shù)據(jù)顯示（前8通道、后8通道、全部16通道）。全部設(shè)置完成之后可以點(diǎn)擊開(kāi)關(guān)，開(kāi)始觀察。

將游標(biāo)放在第一列并行序列中，顯示的數(shù)據(jù)字為 00001001，移動(dòng)游標(biāo)放在第二列并行序列中，顯示的數(shù)據(jù)字為00010001，同理第三列并行序列為11000001，依次觀察，完全符合給出的邏輯電平序列，并是從數(shù)碼管顯示9時(shí)開(kāi)始顯示并按照0-F順序循環(huán)下去；同樣針對(duì)后8通道和全部16通道的數(shù)據(jù)顯示可以得出，顯示的邏輯電平序列也與測(cè)試方案預(yù)期的輸出響應(yīng)一致且無(wú)干擾毛刺信號(hào)出現(xiàn)。

圖3　前8通道數(shù)據(jù)顯示

4　實(shí)測(cè)案例分析

本文在總結(jié)數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以邏輯分析儀的檢測(cè)為案例分析，在對(duì)其基礎(chǔ)的硬件部分和軟件部分的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)后，針對(duì)實(shí)際的檢測(cè)案例實(shí)施，并分析結(jié)果，從而總結(jié)出邏輯分析儀的電子虛擬儀器的數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，為進(jìn)一步的數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的深入研究提供一定的理論借鑒。

參考文獻(xiàn)：

［1］王靜.一種基于FPGA的簡(jiǎn)易邏輯分析儀的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)［J］.價(jià)值工程.2012（26）: 92-95.

［2］龐利會(huì)，鄧先榮，王軍鋒.邏輯分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備.2012（09）: 47-50..

（責(zé)任編輯：吳湘銀）

中圖分類號(hào)：V448.15+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.050

文章編號(hào)：1672–7304（2016）01–0105–02

作者簡(jiǎn)介：黃英財(cái)（1985-），男，福建廈門人，研究方向：電子儀器測(cè)量。

Analysis of virtual instrument signal system detection technology

HUANG Ying-Cai
（Jimei University， Xiamen Fujian 361021）

Abstract:With the development of computer technology which has become an indispensable factor in the development of the industry， caused a revolution of the measurement control instrument industry. this paper mainly analysis the signal detection technology of virtual instrument， summery the electronic instrument signal detection technology by practical case of logic analyzer.

Keywords:Electronic instrument； virtual； logic analysis； digital signal