基于PSoC3的高性价比虚拟信号分析仪的设计

摘要

随着计算机技术和仪器仪表技术的快速发展，对信号的处理与分析已经成为工业控制、移动通讯、图像识别等研究领域的技术人员经常需要面对的问题。信号分析仪是电子设计和科研中分析信号特性的重要工具。虚拟仪器的出现为测量仪器的发展开拓了全新的设计理念，在传统PC计算机基础上，加以特定的软硬件，就能够在一台计算机上实现传统测量仪器的所有功能，甚至包括传统仪器上根本无法完成的功能。虚拟仪器作为今后测量仪器的一个发展趋势，逐渐成为仪器仪表技术中一个重要研究领域。
　　本文在剖析了传统信号测量仪器与当前现阶段虚拟仪器存在种种不足的基础上，设计了一种基于PSoC3的高性价比虚拟信号分析仪。该系统包括虚拟仪器卡与配套PC信号分析软件两部分，虚拟仪器卡与PC机之间通过USB2.0通信。虚拟仪器卡主要负责波形采集和波形生成任务，以赛普拉斯公司的PSoC3 CY8C3866AXI-040ES3作为主控芯片，其中MCU、信号切换、ADC、DAC、USB控制器等关键模块全部在该芯片上实现。配套PC信号分析软件主要负责完成波形实时动态显示、波形存储、波形回放、频谱分析、信号生成和USB设备管理功能，利用图形化开发环境LabVIEW进行设计。本文最后还对该虚拟信号分析仪进行了各项功能测试和性能分析，从而验证系统满足设计要求。
　　本课题充分发挥PSoC3在模拟信号与数字信号混合设计上的优势，真正实现片上系统设计，具有高性能、低成本、低功耗、携带方便、显示直观等特点，能够满足当前某些信号处理研究领域对信号采集、处理和生成等功能提出的准确、实时、多样化要求，可广泛应用于电路测试、工业检测、实验教学等领域。而且本仪器采用USB总线供电，其低功耗特点和便携式设计也为它在野外和工业现场等环境的应用提供了广阔空间。

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Contents

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外发展现况

1.3 课题主要研究内容

2 系统总体方案

2.1 系统整体框架

2.2 虚拟仪器卡实现方案

2.3 PC信号分析软件实现方案

2.4 本章小结

3 虚拟信号分析仪硬件设计

3.1 概述

3.2 PSoC3最小系统设计

3.3 输入通道信号调理模块设计

3.4 输出通道信号调理模块设计

3.5 USB通信模块设计

3.6 电源模块设计

3.7 本章小结

4 虚拟信号分析仪软件设计

4.1 概述

4.2 PSoC3固件程序设计

4.3 NI-VISA下USB2.0通信的实现

4.4 PC信号分析软件程序设计

4.5 本章小结

5 系统性能与测试

5.1 概述

5.2 信号采集功能测试

5.3 频谱分析功能测试

5.4 信号生成功能测试

5.5 波形存储功能测试

5.6 波形回放功能测试

5.7 本章小结

6 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要成果