專利名稱：基于usb總線的虛擬儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及基于USB總線的虛擬儀器，屬于虛擬儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展對測試提出了更多更新的要求。面對各行各業(yè)、各種各樣的測試任務(wù)，不再可能為之研制相應(yīng)的專用測試儀器了。同時(shí)由于數(shù)字信號處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，使虛擬儀器成為現(xiàn)實(shí)。虛擬儀器是通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化硬件結(jié)合起來，用戶可通過友好的圖形界面來操作這臺計(jì)算機(jī)，就像在操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺單個(gè)儀器一樣，從而完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。虛擬儀器系統(tǒng)可以廣泛地應(yīng)用在通訊、自動(dòng)化、半導(dǎo)體、航空、電子、電力、生化制藥、工業(yè)生產(chǎn)等各種領(lǐng)域。我國高校的許多理工科專業(yè)開設(shè)了《虛擬儀器》這門課程。通用計(jì)算機(jī)與功能化硬件通過接口總線才能實(shí)現(xiàn)真正的虛擬儀器。虛擬儀器計(jì)算機(jī)與外設(shè)連接的總線接口有多種形式?，F(xiàn)有虛擬儀器的實(shí)現(xiàn)方式采用PC1、ISA總線，存在插拔麻煩，且擴(kuò)展槽有限；采用RS232串行總線傳輸速度慢且主機(jī)的串行口數(shù)目較少；采用VX1、PXI總線要求配置專門的機(jī)箱和控制器，適用于要求精度高的場合，是一種高價(jià)格系統(tǒng)，往往超出一般企業(yè)和用戶的承受能力。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線擴(kuò)展槽中直接插卡的虛擬儀器方式存在的問題也很多:如插拔卡時(shí)需關(guān)機(jī)打開機(jī)箱；計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)的冷卻和電磁兼容環(huán)境難以滿足測試儀器要求；計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線升級過快，插卡難以跟上其升級速度；而筆記本PC內(nèi)部空間環(huán)境更差等。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是為了解決現(xiàn)有虛擬儀器存在的問題，提供了一種基于USB總線的虛擬儀器。本實(shí)用新型所述基于USB總線的虛擬儀器，它包括單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、開關(guān)量輸出電路和開關(guān)量輸入電路，單片機(jī)包括8051內(nèi)核的微控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、通道選擇電路和USB接口電路，A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端與8051內(nèi)核的微控制器的數(shù)字信號輸入端相連；8051內(nèi)核的微控制器的數(shù)字信號輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸入端相連；8051內(nèi)核的微控制器的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出電路的開關(guān)量輸入端相連；開關(guān)量輸入電路的開關(guān)量輸出端與8051內(nèi)核的微控制器的開關(guān)量輸入端相連；8051內(nèi)核的微控制器的USB輸入輸出端與USB接口電路的USB輸入輸出端相連；通道選擇電路的模擬信號選擇控制端與A/D轉(zhuǎn)換器的選擇控制端相連；通道選擇電路的激勵(lì)信號選擇控制端與D/A轉(zhuǎn)換器的選擇控制端相連。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):1.利用通用計(jì)算機(jī)的基本配置通用串行總線USB (Universal Serial Bus)構(gòu)建虛擬儀器。2.硬件模塊不需要外接電源，利用USB總線供電，可方便構(gòu)成便攜式儀器。3.實(shí)現(xiàn)的虛擬儀器簡便易用、傳輸速率快，系統(tǒng)造價(jià)低廉、具有優(yōu)秀的可擴(kuò)展性。4.利用本項(xiàng)目開發(fā)的虛擬儀器，可以方便的開發(fā)出許多種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如各種濾波器幅頻特性實(shí)驗(yàn)、運(yùn)算放大器實(shí)驗(yàn)、RLC測試實(shí)驗(yàn)等等，同時(shí)可為《虛擬儀器》這門課程提供實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

圖1是本實(shí)用新型所述基于USB總線的虛擬儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接電路圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述基于USB總線的虛擬儀器，它包括單片機(jī)1、D/A轉(zhuǎn)換器2、開關(guān)量輸出電路3和開關(guān)量輸入電路4,單片機(jī)I包括8051內(nèi)核的微控制器1-1、A/D轉(zhuǎn)換器1-2、通道選擇電路1-3和USB接口電路1-4，A/D轉(zhuǎn)換器1-2的數(shù)字信號輸出端與8051內(nèi)核的微控制器1_1的數(shù)字信號輸入端相連；8051內(nèi)核的微控制器1-1的數(shù)字信號輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器2的數(shù)字信號輸入端相連；8051內(nèi)核的微控制器1-1的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出電路3的開關(guān)量輸入端相連；開關(guān)量輸入電路4的開關(guān)量輸出端與8051內(nèi)核的微控制器1-1的開關(guān)量輸入端相連；8051內(nèi)核的微控制器1-1的USB輸入輸出端與USB接口電路1-4的USB輸入輸出端相連；通道選擇電路1-3的模擬信號選擇控制端與A/D轉(zhuǎn)換器1-2的選擇控制端相連；通道選擇電路1-3的激勵(lì)信號選擇控制端與D/A轉(zhuǎn)換器2的選擇控制端相連。A/D轉(zhuǎn)換器1-2采集多路模擬信號，由單片機(jī)I內(nèi)置的通道選擇電路1-3控制采集某一路模擬信號，D/A轉(zhuǎn)換器2用于輸出四路激勵(lì)信號、占空比可變的PWM波及四路開關(guān)信號。通用計(jì)算機(jī)7通過USB接口電路1-4與8051內(nèi)核的微控制器1_1進(jìn)行通信。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，它還包括基準(zhǔn)源電路5，基準(zhǔn)源電路5的輸出端與8051內(nèi)核的微控制器1-1的基準(zhǔn)源輸入端相連。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一或二作進(jìn)一步說明，它還包括DC/DC電源變換電路6，DC/DC電源變換電路6的直流電源輸出端與8051內(nèi)核的微控制器1_1的直流電源供電端相連。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一、二或三作進(jìn)一步說明，單片機(jī)I采用型號為C8051F320的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。[0036]C8051F320是一個(gè)完整的小型片上系統(tǒng)(SOC)。由于利用該芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可以不需要任何外部元件(包括電阻和晶振)，因而是小型USB應(yīng)用的理想選擇。內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器1-2、溫度傳感器、上電復(fù)位/掉電檢測器和17通道差分輸入多路選擇器一通道選擇電路1-3，提供17路數(shù)據(jù)采集通道和I路溫度采集通道，開關(guān)量輸入通過C8051F320的P2.6、P2.2、P0.1、P2.0引腳輸入，信號輸出的開關(guān)量有四路，有C8051F320的P0.0、P2.7、P2.3和P2.1腳輸出。
具體實(shí)施方式
五:下面結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，D/A轉(zhuǎn)換器2采用TI公司的TLC5620模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TLC5620與C8051F320接口電路如圖2所示，TLC5620的數(shù)字控制通過4路串行總線實(shí)現(xiàn)的，該總線兼容CMOS。11位的命令字包括8位數(shù)據(jù)位，2位DAC選擇位和I位范圍位，后者用來選擇輸出范圍是I倍還是2倍。DAC寄存器采用雙緩存，允許一整套新值被寫入設(shè)備中。通過LDAC實(shí)現(xiàn)DAC輸出值的同時(shí)更新。數(shù)字量的輸入采用史密斯觸發(fā)器，從而避免了高噪聲。由上位機(jī)發(fā)出產(chǎn)生激勵(lì)信號類型的命令，控制C8051F320通過Pl.1 口串行輸出數(shù)字量，由TLC5620的DACA-DA⑶腳輸出信號波形。產(chǎn)生激勵(lì)信號波形有正弦波、三角波、脈沖波、鋸齒波等。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式對實(shí)施方式一作進(jìn)一步說明，開關(guān)量輸出電路3米用四個(gè)LED燈來實(shí)現(xiàn)。C8051F320的四引腳設(shè)置為推挽輸出，直接驅(qū)動(dòng)四個(gè)LED燈。
權(quán)利要求1.基于USB總線的虛擬儀器，其特征在于，它包括單片機(jī)(I)、D/A轉(zhuǎn)換器(2)、開關(guān)量輸出電路(3)和開關(guān)量輸入電路(4), 單片機(jī)(I)包括8051內(nèi)核的微控制器(1_1)、A/D轉(zhuǎn)換器(1-2)、通道選擇電路(1-3)和USB 接 口電路(1-4)， A/D轉(zhuǎn)換器(1-2)的數(shù)字信號輸出端與8051內(nèi)核的微控制器(1-1)的數(shù)字信號輸入端相連； 8051內(nèi)核的微控制器(1-1)的數(shù)字信號輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器(2)的數(shù)字信號輸入端相連； 8051內(nèi)核的微控制器(1_1)的開關(guān)量輸出端與開關(guān)量輸出電路(3)的開關(guān)量輸入端相連； 開關(guān)量輸入電路(4)的開關(guān)量輸出端與8051內(nèi)核的微控制器(1-1)的開關(guān)量輸入端相連； 8051內(nèi)核的微控制器(1-1)的USB輸入輸出端與USB接口電路(1-4)的USB輸入輸出端相連； 通道選擇電路(1-3)的模擬信號選擇控制端與A/D轉(zhuǎn)換器(1-2)的選擇控制端相連； 通道選擇電路(1-3)的激勵(lì)信號選擇控制端與D/A轉(zhuǎn)換器(2)的選擇控制端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于USB總線的虛擬儀器，其特征在于，它還包括基準(zhǔn)源電路(5)，基準(zhǔn)源電路(5)的輸出端與8051內(nèi)核的微控制器(1-1)的基準(zhǔn)源輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于USB總線的虛擬儀器，其特征在于，它還包括DC/DC電源變換電路(6)，DC/DC電源變換電路(6)的直流電源輸出端與8051內(nèi)核的微控制器(1_1)的直流電源供電端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于USB總線的虛擬儀器，其特征在于，單片機(jī)(I)采用型號為C8051F320的單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于USB總線的虛擬儀器，其特征在于，D/A轉(zhuǎn)換器(2)采用TI公司的TLC5620模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于USB總線的虛擬儀器，其特征在于，開關(guān)量輸出電路(3)采用四個(gè)LED燈來實(shí)現(xiàn)。
專利摘要基于USB總線的虛擬儀器，屬于虛擬儀器領(lǐng)域，本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有虛擬儀器存在的問題。本實(shí)用新型包括單片機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換器、開關(guān)量輸出電路和開關(guān)量輸入電路，單片機(jī)包括8051內(nèi)核的微控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、通道選擇電路和USB接口電路，A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號輸出端與8051內(nèi)核的微控制器數(shù)字信號輸入端相連；8051內(nèi)核的微控制器數(shù)字信號輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號輸入端相連；開關(guān)量輸出電路輸出開關(guān)量；開關(guān)量輸入電路提供開關(guān)量，8051內(nèi)核的微控制器通過USB接口電路與通用計(jì)算機(jī)通信；通道選擇電路連接A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的控制端。本實(shí)用新型用于輸出四路激勵(lì)信號、占空比可變的PWM波及四路開關(guān)信號。
文檔編號G06F9/44GK202956754SQ20122072230
公開日2013年5月29日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者吳東艷, 李艷蘋 申請人:黑龍江工程學(xué)院