系统可编程测试仪器的研究与实现

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）系统可编程测试仪器的研究与实现何霞飞二0一八年五月分类号：TM932学校代号：11845UDC：621.38密级：学号：2111504033广东工业大学硕士学位论文工学硕士系统可编程测试仪器的研究与实现何霞飞指导教师姓名、职称：徐迎晖副教授专业或领域名称：电路与系统学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：2018年5月29日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster（Masterof

2、EngineeringScience）ResearchandImplementationofSystemProgrammableTestingInstrumentMasterCandidate:HexiafeiSupervisor:AssociateProf.XuYinghuiMay2018SchoolofAutomaticGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要现今各种测试仪器广泛应用于科研、学习之中，但大部分仪器因功能

3、固定、体积较大、成本较高限制了它们的使用，只能在实验室等固定地点使用。本文研究的系统可编程测试仪器，基于赛普拉斯公司的PSoC5LP可编程片上系统，利用其电路硬件可编程的特点，设计一个集多种测量功能于一体的可编程测试仪器。测试仪器包括数字多用表、信号发生器、数字示波器等功能，并可进一步扩展。本文首先根据实际需求，确定了仪器功能及主要技术指标，之后选定了PSoC5LP软硬件平台来构建系统框架，设计了本测试仪器所使用的硬件电路板。接着根据各类仪器的工作原理，结合市场上的单一功能仪器的实现方案，对在PSoC5LP平台上的设计实现

4、，主要从电路设计方面进行了研究。主要的内容包括：1.硬件开发板的设计。设计了一套完整的适用于本测试仪器的PSoC5LP开发板套件，含一块母板和一块数字外设子板，电路功能包括编程/调试器、PSoC5LP基本系统、扩展的供电系统、通信电路、人机接口、多功能可配置模拟外设等。采用四层板进行了PCB设计，布局布线保证模拟电路部分的性能指标，并对电路进行了容错设计。2.数字多用表的设计，实现直流、交流信号的电压、电流，以及电阻的测量。利用开发板可编程的特点，通过可编程增益放大器控制被测信号幅度，即调节量程，使其与模数转换器的输入范围

5、匹配；构建精密整流电路，将交流信号转换为直流信号后再进行测量；使用DAC将电阻转换为电压测量，并实现电阻测量的量程控制。3.信号发生器的设计。使用PSoC5LP片内运算放大器及外接的阻容元件等构建正弦波、方波、三角波发生器；采用直接数字频率合成（DDS）的原理，软硬件协同实现任意波形发生器，无需更改硬件电路即可实现多种波形的生成。4.数字示波器的设计，对虚拟示波器和独立示波器进行了研究。在开发板中进行信号的采样，并将模数转换后的数据通过USB通信接口传输给PC机，PC机端使用VC、CySuiteUSB开发应用程序进行虚拟示

6、波器的波形显示等各种功能；独立示波器则在完全在开发板中完成波形的采集和存储、触发与时基、波形的处理以及在图形LCD上的显示。I广东工业大学硕士学位论文5.μC/OS-III嵌入式实时操作系统在PSoC5LP上的移植实现。为后续本测试仪器在实时性、可靠性、模块化、可维护、可升级等方面提供基础。本文所研究实现的测试仪器，包括电路拓扑在内的软硬件具有高度的可编程性，通过编程切换，能够在同一硬件平台上实现多种不同的仪器功能，并且成本、体积、功耗均不高，适合于对频率需求不太高的测试测量场合。关键词：可编程；电路拓扑；多功能；测试仪器

7、；PSoCIIABSTRACTABSTRACTNowadays,variouskindsoftestingequipmentsarewidelyusedinscientificresearchandstudy.Duetothesinglefunctionandlargesizeoftheinstrument,thetimeandplaceofuseofthetestinstrumentislimited,anditcanonlybeusedinafixedplacesuchasalaboratory.Thisarticle

8、studiessystemprogrammabletestingequipmentbasedonCypress'sPSoC5LPseriesCY8CKIT-050developmentboardwhichcircuitisprogrammable.Thispaperdesignsaprogrammabl