虚拟电子仪器信号系统检测技术分析

黄英财（集美大学，福建 厦门 361021）



虚拟电子仪器信号系统检测技术分析

黄英财
（集美大学，福建 厦门 361021）

摘 要：随着计算机技术的日益创新以及多行业的不断渗透，计算机已经成为行业发展动力中不可或缺的因素，测量控制仪器行业在计算机技术的影响下正在发生颠覆性的变革。纵观仪器行业的发展，虚拟技术的出现试一次测试性的革命。本文将对虚拟仪器的信号检测技术进行分析，借助逻辑分析仪工具，对实际案例进行测试，从而总结虚拟电子仪器信号检测技术原理。

关键词：电子仪器；虚拟；逻辑分析；数字信号

仪器设备是由多个集成电路组成，如果其中某一个集成发生了故障，就会影响仪器的稳定运行，因此数字信号系统检测，就是对集成电路单元的检测，保证仪器可靠运行的技术。

1　虚拟仪器技术简介

20世纪美国公司就提出了将仪器简单的模块化的理念，并且首次公开了虚拟仪器平台，模块化就是通过数据采集+处理器+相应开发软件来实现硬件开发，从而降低成本和时间，提升效率。虚拟仪器对软件平台需求较高，将现代仪器仪表技术和计算机技术结合，使得检测仪器领域跨入创新技术时代。虚拟仪器的创新性主要表现在：丰富的自定义界面。核心软件、兼容性和可扩展性强。

2　数字信号系统检测原理

2.1数字信号系统检测基本思路

数字信号系统检测就是对数字系统测试，得出结果和数据进行对比，从而得出结论，数字信号系统检测一般多用于对电路中的元器件检测，从而判断零部件的运行状态。此外数字信号系统检测也可以用于对被检测的系统故障中，对故障进行定位和分析，从而为检修提供依据［1］。

2.2数字信号系统检测工具

数字信号系统领域技术的进步，也带动了检测工具的进步，目前常用的检测工具主要有数字信号源、逻辑分析仪。逻辑分析仪将是本文着重进行分析的检测工具。目前市面上的逻辑分析仪品种较多，但是基本组成都相似，根据采样和显示上的区别分为定时和状态两种类型。

2.3逻辑分析仪组成原理

市面上有许多不同品牌的逻辑分析仪，但基本的组成原理都是相似的，都是由数据捕获和数据显示两个部分构成。数据捕获部分结束后，才是进入数据显示单元。而数据捕获的结构包含了时钟选择、信号输入、采样、触发产生、数据存储五个部分［2］。

2.4逻辑分析仪硬件关键模块设计

（1）数据采集模块。探头是前段输入信号和逻辑分析仪之间的连接枢纽，因而最前端单元探头十分关键，市场上有多种探头任意选择，但这些探头都会受到自身阻抗干扰，在信号观测中发生边沿跳变，影响检测数据信号，使信号失真。为了避免自身阻抗干扰，本文选择TL3016作为电压比较芯片，其优势在于以下方面：首选，TL3016只需10.6mA典型值达到7.6ns的延迟传播，响应十分迅速。其次，TL3016供电方面可任意选择5V或者±5V，并且可直接驱动TTL电平的被测数字电路，节省PCB板，降低干扰。第三，TL3016具有可锁存互补输出，并且功耗较低，消耗一半的功率实现更高地速率运转。

（2）微处理器模块。在选取微处理器的型号时，要考虑性能指标，而性能指标取决于微处理器的质量及能力。微处理器的选择指标主要考虑体积、功耗、控制功能、执行效率等。本文选择一款MCU即AT89S52。

（3）FPGA关键模块。本文选择ALTERA公司推出的 EP1C6T144C8型号。EP1C6T144C8芯片资源使用比例可以有效的显示芯片逻辑块、引脚及内存的使用和剩余空间比例，进行编译（Ctrl+L）后得到如下图 1所示，证明了选用EP1C6T144C8 芯片的正确性和合理性：

2.5逻辑分析仪软件结构总体设计

逻辑分析仪的软件总体方案选择各个单元逐步构建方法，包括存储数据及回放单元、波形及状态显示单元、数据操作单元、控制参数初始化单元。整个构件过程依靠于LabVIEW编程，通过动态链接库单元实现系统平台的通讯，运用LabVIEW 编写的程序模块对其完成各种处理与多种方式显示。如图所示：

3　实测案例分析

本论文的实验测试案例应用单片机的最小系统，实验电路如图2所示。依据共阳极数码管的特性能够准确计算出显示0-F中任意一个数字时的8个不同逻辑电平（0，1）组合，数码管与P口对应关系及数据循环显示时逻辑电平序列如表2所示。将测试电路连接到研制仪器的输入端，通过结果显示比对检验本次开发的逻辑分析仪的可行性。

图1　芯片资源使用比例

图2　案例电路

首先是测试前的准备工作，按照电路图连接好线路，并将四个I/O接口两两一组按照芯片管脚顺与逻辑分析仪的输入探头相连接，例如P1.0-P1.7依次连接到逻辑分析仪的 1-8号或者9-15号探头，连接和准备工作确认无误之后，可以打开仪器和电源，对逻辑分析仪初始化，按照初始化的界面提示对应的设备槽号，自己手工加载DLL文件，设定信号采样率值，选取数据显示（前8通道、后8通道、全部16通道）。全部设置完成之后可以点击开关，开始观察。

将游标放在第一列并行序列中，显示的数据字为 00001001，移动游标放在第二列并行序列中，显示的数据字为00010001，同理第三列并行序列为11000001，依次观察，完全符合给出的逻辑电平序列，并是从数码管显示9时开始显示并按照0-F顺序循环下去；同样针对后8通道和全部16通道的数据显示可以得出，显示的逻辑电平序列也与测试方案预期的输出响应一致且无干扰毛刺信号出现。

图3　前8通道数据显示

4　实测案例分析

本文在总结数字信号系统检测技术的基础上，以逻辑分析仪的检测为案例分析，在对其基础的硬件部分和软件部分的模块进行设计后，针对实际的检测案例实施，并分析结果，从而总结出逻辑分析仪的电子虚拟仪器的数字信号系统检测技术，为进一步的数字信号系统检测技术的深入研究提供一定的理论借鉴。

参考文献：

［1］王静.一种基于FPGA的简易逻辑分析仪的设计和实现［J］.价值工程.2012（26）: 92-95.

［2］庞利会，邓先荣，王军锋.逻辑分析仪的设计与实现［J］.电力自动化设备.2012（09）: 47-50..

（责任编辑：吴湘银）

中图分类号：V448.15+1

文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1672-7304.2016.01.050

文章编号：1672–7304（2016）01–0105–02

作者简介：黄英财（1985-），男，福建厦门人，研究方向：电子仪器测量。

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