本發(fā)明屬于測(cè)試裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及一種周期信號(hào)波形測(cè)試裝置。

背景技術(shù)：

周期信號(hào)波形廣泛存在于各種電子產(chǎn)品中，是衡量產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)，因此波形測(cè)試在電子產(chǎn)品研發(fā)和電子測(cè)量中有著異常重要的作用。目前對(duì)周期信號(hào)波形的測(cè)量普遍采用的是人工檢測(cè)方式，即采用示波器來(lái)測(cè)試周期信號(hào)波形的指標(biāo)。然而，這種檢測(cè)方式效率低、而且過(guò)度依賴測(cè)試儀表的測(cè)試準(zhǔn)確度和測(cè)試人員的測(cè)試技能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種周期信號(hào)波形測(cè)試裝置，其可靠、便捷、自動(dòng)化程度高。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種周期信號(hào)波形測(cè)試裝置，其特征在于，其包括信號(hào)輸入單元、鍵盤(pán)單元、PLC單元、信號(hào)采集處理單元、可編程控制器、顯示單元，其中，

所述信號(hào)接入單元用于接入待測(cè)試周期信號(hào)波；

所述鍵盤(pán)單元用于選擇與接入的待測(cè)試周期信號(hào)波相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸入通道，并將選擇的信號(hào)輸入通道信息發(fā)送給可編程控制器；

所述可編程控制器根據(jù)接收的信號(hào)輸入通道信息來(lái)控制PLC單元，并通過(guò)PLC單元將對(duì)應(yīng)的待測(cè)試周期信號(hào)波輸入所述信號(hào)采集處理單元中；

所述信號(hào)采集處理單元包括第一功能電路和第二功能電路，其中，

所述第一功能電路包括第一信號(hào)調(diào)理電路和波形整形電路，所述第一信號(hào)調(diào)理電路用于對(duì)待測(cè)試周期信號(hào)波進(jìn)行調(diào)整后再傳送給所述波形整形電路進(jìn)行整形，所述第一信號(hào)調(diào)整電路包括第一分頻電路和第一幅值調(diào)整電路，所述第一分頻電路用于將待測(cè)試周期信號(hào)波的頻率范圍縮小到設(shè)定的測(cè)試范圍內(nèi)，所述第一幅值調(diào)整電路用于將待測(cè)試周期信號(hào)波的幅值調(diào)整到設(shè)定的測(cè)試范圍內(nèi)，所述波形整形電路用于將待測(cè)試周期信號(hào)波轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ú魉徒o可編程控制器，以使可編程控制器處理并獲得方波信號(hào)的頻率；

所述第二功能電路包括第二信號(hào)調(diào)理電路、AD采樣保持電路和AD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成，其中所述第二信號(hào)調(diào)理電路用于對(duì)待測(cè)試周期信號(hào)波進(jìn)行調(diào)整后再傳送給所述AD采樣保持電路,其包括第二分頻電路和第二幅值調(diào)整電路，所述第二分頻電路用于將待測(cè)試周期信號(hào)波的頻率范圍縮小到合適的測(cè)試范圍內(nèi)，所述第二幅值調(diào)整電路用于將待測(cè)試周期信號(hào)波的幅值調(diào)整到設(shè)定的測(cè)試范圍，所述AD采樣保持電路用于保持采樣值在AD轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)不變，以得到合適的采樣信號(hào)并且保證AD轉(zhuǎn)換的精度，從而消除轉(zhuǎn)換誤差，所述AD轉(zhuǎn)換電路用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳送給可編程控制器，以使所述可編程控制器處理并獲得待測(cè)試周期信號(hào)波的幅值和/或種類和/或頻率和/或峰峰值。

所述輸出顯示單元由可編程控制器控制，用于將待測(cè)試周期信號(hào)波的幅值和/或種類和/或頻率和/或峰峰值予以顯示。

優(yōu)選地，所述可編程控制器處理獲得待測(cè)試周期信號(hào)波的幅值的具體過(guò)程如下：

可編程控制器根據(jù)方波的信號(hào)頻率得到待測(cè)試周期信號(hào)波的信號(hào)周期，可編程控制器以此信號(hào)周期的大小來(lái)設(shè)置AD的采樣周期，并進(jìn)行一個(gè)周期的采樣，確定N個(gè)采樣點(diǎn)，這樣可以得到這N個(gè)采樣點(diǎn)的電壓值，然后對(duì)這N個(gè)采樣值進(jìn)行排序，從而得到這N個(gè)采樣點(diǎn)的最大電壓值和最小電壓值，則獲得待測(cè)試周期信號(hào)波的幅值，進(jìn)而通過(guò)最大電壓值和最小電壓值的差值獲得待測(cè)試周期信號(hào)波的峰峰值。

優(yōu)選地，獲取待測(cè)試信號(hào)波的種類的具體過(guò)程如下：

獲得待測(cè)試周期信號(hào)波的幅值后，再對(duì)這N個(gè)采樣點(diǎn)的電壓值進(jìn)行離散數(shù)值計(jì)算，從而獲得波形電壓有效值U_eff，其中波形電壓有效值并且U_k為第k次采樣的電壓值；

然后，再根據(jù)傅里葉算法獲得周期波形信號(hào)的基波有效值為其中，a和b分別為基波分量中正弦波和余弦波的幅值，并且

$a=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\]$

$b=\frac{1}{N}\[x_0+2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+x_N\]$

式中x_k為第k次的采樣值，x₀和x_N分別是k＝0和k＝N時(shí)的采樣點(diǎn)的電壓值；

最后，得到波形系數(shù)如果計(jì)算得到的波形系數(shù)γ≈1，則輸入周期信號(hào)波形為正弦波；如果計(jì)算得到的波形系數(shù)γ≈0.637，則輸入周期信號(hào)波形為方波；如果計(jì)算得到的波形系數(shù)γ≈0.39，則輸入周期信號(hào)波形為三角波，這樣就能判斷輸入波形的種類。

優(yōu)選地，N＝500。

優(yōu)選地，所述PLC單元為具有多路輸入和輸出的繼電器陣列。

優(yōu)選地，所述顯示單元為液晶屏或TFT彩屏。

優(yōu)選地，所述可編程控制器為FPGA可編程控制器或MCU可編程控制器。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1)、本發(fā)明通過(guò)采用可編程控制器來(lái)控制測(cè)試進(jìn)程，整體測(cè)試過(guò)程可自動(dòng)化進(jìn)行，測(cè)試時(shí)間短，準(zhǔn)確率高；

2)、本發(fā)明由于波形輸入單元可以接入多個(gè)不同幅值和/或不同頻率和或不同種類的周期波形信號(hào)，并且可以與測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)精確連接，因而其適用面廣、整體成本低；

3)、本發(fā)明的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，并可滿足用戶的個(gè)性化測(cè)試需求。

附圖說(shuō)明

圖1是按照本發(fā)明的伺服驅(qū)動(dòng)板卡測(cè)試裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是按照本發(fā)明的伺服驅(qū)動(dòng)板卡測(cè)試裝置的工作原理示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1-液晶顯示屏 2-信號(hào)輸入接口(4個(gè)通道) 3-通道選擇按鈕(4個(gè)通道) 4-通道全選通按鈕 5-通道全取消按鈕 6-輸入信號(hào)公共端(COM)7-電源接口 8-電源開(kāi)關(guān)

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就能相互組合。

參照?qǐng)D1、圖2，所述信號(hào)輸入單元用于將測(cè)試周期信號(hào)波形接入測(cè)試裝置，本信號(hào)輸入單元位于測(cè)試裝置的前面板上，一共有4路波形輸入接口。測(cè)量時(shí)，一次最多只能接入4路波形信號(hào)，只需要將四路波形信號(hào)通過(guò)接口座引入測(cè)試裝置即可。

所述鍵盤(pán)單元用于輸入通道選擇按鍵信息給可編程控制器，鍵盤(pán)單元上有6個(gè)按鈕，分別是通道1選擇按鈕、通道2選擇按鈕、通道3選擇按鈕、通道4選擇按鈕、通道全選按鈕、通道選擇取消按鈕；可編程控制器根據(jù)按鍵信息來(lái)控制PLC單元，通過(guò)PLC單元來(lái)選擇哪一路波形輸入到測(cè)試裝置之中。具體的，如果按下通道1選擇按鈕則第一路波形接入測(cè)試裝置之中，同理通道2、3、4選擇按鈕的功能也是如此。如果按下通道全選按鈕，則通道1、2、3、4四路通道輪流接通，輪流接通時(shí)間周期為10秒鐘。如果按下通道選擇取消按鈕，則通道1、2、3、4四路通道全部斷開(kāi)，沒(méi)有任何一路波形信號(hào)接入測(cè)試裝置。

所述PLC單元用于輸入通道選擇，可編程控制器獲取鍵盤(pán)單元的按鍵信息之后，控制PLC單元進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。具體的，如果按下通道1選擇按鈕則PLC單元將第一路波形接入測(cè)試裝置之中，同理通道2、3、4選擇按鈕的功能也是如此。如果按下通道全選按鈕，則通道1、2、3、4四路通道由PLC單元控制后輪流接通，PLC單元輪流接通時(shí)間周期為10秒鐘。如果按下通道選擇取消按鈕，則PLC單元將通道1、2、3、4四路通道全部斷開(kāi)，沒(méi)有任何一路波形信號(hào)接入測(cè)試裝置。

所述信號(hào)采集處理單元由兩部分功能電路組成。一部分功能電路由信號(hào)調(diào)理電路以及波形整形電路構(gòu)成，其中信號(hào)調(diào)理電路又包括分頻電路和幅值調(diào)整電路，幅值調(diào)整電路作用是將波形幅值放大或縮小到合適的測(cè)試范圍，不然波形電壓幅值過(guò)大會(huì)損壞電路；分頻電路的作用是將波形頻率范圍縮小到合適的測(cè)試范圍，波形頻率太大則可編程控制器無(wú)法正常測(cè)試處理波形；波形整形電路的作用是將輸入的如正弦、三角、方波等主流周期信號(hào)波形轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，可編程控制器處理并計(jì)算得到方波信號(hào)的頻率。具體的可以將方波輸出信號(hào)接到單片機(jī)的中斷功能引腳，利用單片機(jī)的定時(shí)器以中斷計(jì)數(shù)方式測(cè)量方波信號(hào)的頻率，或者將方波輸出信號(hào)接到FPGA的引腳上，F(xiàn)PGA計(jì)算輸入引腳上方波兩個(gè)上升沿的時(shí)間差，得到波形的周期，根據(jù)周期(整形后的方波周期與輸入的周期信號(hào)波形的周期相等)計(jì)算得到頻率，所以此功能電路的作用就是得到周期波形信號(hào)的頻率大小。另一部分功能電路由信號(hào)調(diào)理電路、AD采樣保持電路、AD轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成；其中信號(hào)調(diào)理電路包括分頻電路和幅值調(diào)整電路，幅值調(diào)整電路作用是將波形幅值放大或縮小到合適的測(cè)試范圍，分頻電路的作用是將波形頻率范圍縮小到合適的測(cè)試范圍；AD采樣保持電路的作用是保持采樣值在AD轉(zhuǎn)換的時(shí)間內(nèi)不變，快速采樣可以得到理想的(能反映原模擬信號(hào)特征)的采樣信號(hào)；保持該采樣值不變，可以保證AD轉(zhuǎn)換的精度，消除轉(zhuǎn)換誤差；AD轉(zhuǎn)換電路的作用是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這樣可以計(jì)算得到波形的幅值大小。通過(guò)波形的幅值大小，進(jìn)過(guò)計(jì)算可以得到波形的種類，其測(cè)試原理如下：可編程控制器根據(jù)方波的信號(hào)頻率得到所測(cè)波形的信號(hào)周期，可編程控制器以此信號(hào)周期的大小來(lái)設(shè)置AD的采樣周期，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行一個(gè)周期的采樣，確定采樣點(diǎn)N的個(gè)數(shù)(本裝置采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)N設(shè)定為500)，這樣可以得到N個(gè)采樣點(diǎn)的電壓值，利用算法對(duì)這N個(gè)采樣值進(jìn)行排序，得到N個(gè)采樣電壓的最大電壓值和最小電壓值，它們的差值就是波形信號(hào)的峰峰值；然后再根據(jù)波形電壓有效值的定義對(duì)一個(gè)周期類的N點(diǎn)采樣值進(jìn)行離散數(shù)值計(jì)算，波形電壓有效值U_eff的計(jì)算公式如下：

$U_{eff}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{U}_k^2}$

式中U_k為第k次的采樣值，N為1個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。波形電壓有效值U_eff計(jì)算出來(lái)之后，再根據(jù)傅里葉算法計(jì)算周期波形信號(hào)的基波有效值?；ǚ至恐姓也ê陀嘞也ǖ姆捣謩e為：

$a=\frac{1}{N}\[2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}\]$

$b=\frac{1}{N}\[x_0+2\underset{k=1}{\overset{N-1}{\Σ}}{x}_k\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+x_N\]$

式中x_k為第k次的采樣值，N為1個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù),x₀和x_k分別是k＝0和k＝N時(shí)的采樣值。那么基波的有效值計(jì)算公式為式中a,b為基波分量中正弦波和余弦波的幅值?；ǖ挠行е涤?jì)算出來(lái)之后，根據(jù)波形系數(shù)γ的定義，γ為基波有效值與波形電壓有效值的比值，即如果計(jì)算得到的波形系數(shù)γ≈1，則輸入周期信號(hào)波形為正弦波；如果計(jì)算得到的波形系數(shù)γ≈0.637，則輸入周期信號(hào)波形為方波；如果計(jì)算得到的波形系數(shù)γ≈0.39，則輸入周期信號(hào)波形為三角波，這樣就能判斷輸入波形的種類。

所述輸出顯示單元用于將所獲得的測(cè)試結(jié)果予以顯示，主要顯示波形的種類、頻率、峰峰值。

所述可編程控制器用于控制顯示單元、PLC單元、信號(hào)采集處理單元，以及讀取處理鍵盤(pán)單元的按鍵信息。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可編程控制器為基于單片機(jī)或FPGA的可編程控制器。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述信號(hào)采集處理單元中的信號(hào)調(diào)理電路，其分頻電路可以自由選擇分頻電路芯片，較低頻率(小于10MHz)可以選擇分頻芯片74HC393，較高頻率(大于10MHz)可以選擇分頻芯片MB506。本發(fā)明選擇分頻芯片選擇74HC393，因此本測(cè)試裝置只能測(cè)試頻率小于10MHz的周期波形頻率信號(hào)。如果所測(cè)試頻率較高，用戶可以根據(jù)需要選擇MB506，此芯片的最高接入頻率高達(dá)2.4GHz。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可編程控制器按照預(yù)設(shè)的檢測(cè)程序來(lái)檢測(cè)波形頻率、種類、峰峰值?？删幊炭刂破饕部梢愿鶕?jù)用戶的需求，設(shè)置個(gè)性化的檢測(cè)程序。例如用戶僅僅只需要檢測(cè)波形的種類，而且所測(cè)波形為正弦波，那么只需要在程序中設(shè)定，如果計(jì)算得到的波形系數(shù)γ接近1，那么可以直接顯示波形測(cè)試PASS，否則顯示波形測(cè)試FAIL。用戶僅僅只需要檢測(cè)波形的頻率，而且所測(cè)波形為10KHz，那么只需要在程序中設(shè)定，如果計(jì)算得到的頻率接近10KHz，那么可以直接顯示波形測(cè)試PASS，否則顯示波形測(cè)試FAIL。

作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述輸出顯示單元可以是LCD液晶屏或TFT彩屏。

參照如圖1，按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的測(cè)試裝置主要包括液晶顯示屏1，信號(hào)輸入接口2(具有4個(gè)通道)，通道選擇按鈕3(具有4個(gè)通道)，通道全選通按鈕4，通道全取消按鈕5，輸入信號(hào)公共端6(COM)，電源接口7，電源開(kāi)關(guān)8；裝置主體呈盒狀，其內(nèi)部安裝有電源轉(zhuǎn)換模塊以及相關(guān)功能測(cè)試電路板等元件，并在其正面設(shè)置有用于顯示測(cè)試結(jié)果的液晶顯示屏1；液晶顯示屏1的下方是用于輸入待測(cè)信號(hào)的信號(hào)輸入接口2(具有4個(gè)通道)；用于選擇接入信號(hào)通道的通道選擇按鈕3；用于接入待測(cè)試信號(hào)參考地的輸入信號(hào)公共端6(COM)；用于將4路待測(cè)信號(hào)全部選通接入的通道全選通按鈕4；用于將4路待測(cè)信號(hào)全部斷開(kāi)的通道全取消按鈕5。測(cè)試裝置的側(cè)面是電源接口7和電源開(kāi)關(guān)8，用于給測(cè)試裝置供電。

參照?qǐng)D2，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明工作原理相關(guān)的部分，結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的工作過(guò)程，詳述如下：

將供電電壓源通過(guò)電源線引入電壓測(cè)試裝置的電源接口7上，將帶測(cè)試的周期波形信號(hào)(頻率小于10MHz的正弦、三角、方波信號(hào))接入到信號(hào)輸入接口(4個(gè)通道)2上，用戶可以根據(jù)測(cè)試需求選擇接入單路或是多路，但一次最多只能接入4路待測(cè)信號(hào)；將待測(cè)試信號(hào)的參考地接入到輸入信號(hào)公共端(COM)6上。信號(hào)以及其參考地全部接入完成之后，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)8，通過(guò)按下通道選擇按鈕(4個(gè)通道)3上的按鈕選擇哪一路信號(hào)接入到測(cè)試裝置中，從左到右的4個(gè)按鈕依次對(duì)應(yīng)通道1到4；按下對(duì)應(yīng)的按鈕，則該對(duì)應(yīng)的通道被選中。如果用戶需要將4路信號(hào)一次全部接入測(cè)試裝置中，則可以直接按下通道全選通按鈕4；在測(cè)試過(guò)程中用戶如果需要斷開(kāi)所有的信號(hào)輸入，只需要按下通道全取消按鈕5；以上通道的接入控制是可編程控制器根據(jù)按鈕的選擇情況來(lái)控制PLC單元的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。待測(cè)信號(hào)接入測(cè)試裝置之后，信號(hào)進(jìn)入置于測(cè)試裝置盒內(nèi)的功能測(cè)試電路板上，功能測(cè)試電路板上的信號(hào)采集處理單元對(duì)接入信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、波形整形、AD采樣、AD轉(zhuǎn)換等處理，可編程控制器計(jì)算得到波形的頻率、峰峰值、波形系數(shù)，最后通過(guò)分析波形系數(shù)的大小得到波形的種類；最終的測(cè)試結(jié)果顯示在液晶顯示屏1上；本測(cè)試裝置最終顯示的結(jié)果由三項(xiàng)分別是頻率、種類、峰峰值。

在本發(fā)明的周期信號(hào)波形測(cè)試裝置中，所選用的電路已能滿足測(cè)試需求；但是用戶仍可以根據(jù)需要改變可編程控制器、信號(hào)調(diào)理電路、AD采樣保持電路以及AD轉(zhuǎn)換電路的種類和型號(hào)。本波形測(cè)試裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種不同類型、不同頻率，不同幅值的周期波形信號(hào)的測(cè)試，本波形測(cè)試裝置不局限于單一種類波形的測(cè)試，因而是一種高效、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣的測(cè)試裝置。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。