本发明属于嵌入式仪表测量技术领域，具体涉及一种便携式波形显示和信号发生装置。
背景技术：
示波器是电子行业中应用最为普遍的电子测量仪器。它能将人眼看不到的电信号转换为动态波形曲线，便于人们研究各种电现象的变化过程，示波器是设计、制造和维修电子设备不可或缺的工具，因此示波器的发展和应用也是一直以来众人关注的焦点。
目前，数字示波器以其具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点占据了较大的市场份额。但由于台式数字示波器有控制按键等外部设备，按键复杂、体积大、便携性差的不足，越来越不能满足人们的生产需要，因此，便携式数字示波器应运而生。常见的便携式数字示波器和信号发生器往往是两个互相独立的设备，两者集成化程度不高，且便携式示波器价格最低在1500元左右，对于喜欢小制作、参加竞赛需要对信号进行测量的在校学生来说还是有一定的经济负担。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种便携式波形显示和信号发生装置，以解决背景技术中提到的问题。
为了达到上述目的，本发明的所采用的技术方案是：一种便携式波形显示和信号发生装置，包括微处理器和波形显示调理模块，还包括a/d转换模块、d/a转换模块、tft显示模块、波形存储调取模块、信号发生调理模块，所述波形显示调理模块的输出端与所述a/d转换模块的输入端相连，所述a/d转换模块的输出端与所述微处理器的输入端相连，所述微处理器分别与所述tft显示模块和所述波形存储调取模块双向连接，所述微处理器的输出端与所述d/a转换模块的输入端相连，所述d/a转换模块的输出端与所述信号发生调理模块的输入端相连。
优选的，所述微处理器还与所述定时器触发模块双向连接，所述定时器触发模块的两个输出端分别与所述d/a转换模块的输入端和所述a/d转换模块输入端相连。
优选的，所述波形显示调理模块包括依次相连的模拟输入电路、过压保护电路、信号衰减电路、跟随电路和加法电路，所述加法电路的输出端与所述a/d转换模块输入端相连；所述信号发生调理模块包括依次相连的减法电路、程控放大电路以及波形输出电路，所述减法电路的输入端与所述d/a转换模块的输出端相连。
优选的，所述微处理器的供电电压为+3.3v，所述波形显示调理模块和所述信号发生调理模块中所包含的电路所采用的输入电压为+5v与-5v中的一种或两种。
优选的，+5v输入电压由包含lm2596稳压芯片的降压电路ⅰ所提供，所述降压电路ⅰ包括lm2596稳压芯片、电感l1、开关k1、滑动变阻器w1、电容c8、电容c9以及电容c10，所述lm2596稳压芯片的电压输入端口vin+与所述开关k1的一端相连，所述开关k1的另一端分别与所述电容c10的正极和7.2v锂电池的正极相连，所述电容c10的负极接地，所述lm2596稳压芯片的输出端口output与所述电感l1的一端相连，所述电感l1的另一端分别与所述电容c8的正极、所述电容c9的一端以及所述滑动变阻器w1的一端相连，所述滑动变阻器w1的另一端接地，所述滑动变阻器w1的移动端与所述lm2596稳压芯片的反馈端口feedback相连，所述电容c8的负极与所述电容c9的另一端相连后接地，所述lm2596稳压芯片的接地端口ground与所述lm2596稳压芯片的控制端口on/off相连后接地。
优选的，-5v输入电压由包含icl7660a稳压芯片的转换电路所提供，所述转换电路包括icl7660a稳压芯片、电容c1、电容c6以及电容c7，所述icl7660a稳压芯片的电压输入端口v+分别与所述电容c1的正极和所述lm2596稳压芯片的输出端口output相连，所述电容c1的负极与所述电容c6的正极相连后接地，所述电容c6的负极与所述icl7660a稳压芯片的输出端口output相连，所述icl7660a稳压芯片的接地端口ground接地，所述icl7660a稳压芯片的电容连接端口cap+和cap-分别与所述电容c7的正极和负极对应连接。
优选的，+3.3v供电电压由包含lsm1117稳压芯片的降压电路ⅱ所提供，所述降压电路ⅱ包括lsm1117稳压芯片、二极管d1、电容c3、电容c5、电容c2以及电容c4，所述lsm1117稳压芯片的输入端口in分别与所述二极管d1的负极、所述电容c2的正极以及所述电容c4的一端相连，所述电容c2的正极与所述lm2596稳压芯片的输出端口output相连，所述lsm1117稳压芯片的输出端口out分别与所述二极管d1的正极、所述电容c3的正极以及所述电容c5的一端相连，所述电容c2的负极、所述电容c4的另一端、所述电容c3的负极以及所述电容c5的另一端相连后接地，所述lsm1117稳压芯片的接地端口ground接地。
优选的，所述微处理器为stm32f4处理器。
一种便携式波形显示和信号发生装置的发生方法，该发生方法包括波形显示方法和信号发生方法，
所述波形显示方法包括以下步骤：
s11：被测信号通过信号接线端子与所述波形显示调理模块相连，所述波形显示调理模块包括依次相连的过压保护电路、信号衰减电路、跟随电路和加法电路，其中，所述过压保护电路对被测信号进行限幅处理，所述信号衰减电路对经过限幅处理的被测信号进行衰减以保证微处理器的正常工作，所述跟随电路对经过衰减的被测信号进行缓冲与隔离处理，所述加法电路将经过缓冲与隔离处理的被测信号抬升至零电压以上；
s12：所述加法电路的输出端与所述a/d转换模块的输入端相连；经过加法电路抬升的被测信号经过a/d转换模块的转换后被传送到微处理器的内置adc采样端口，所述微处理器分别与所述tft显示模块和所述波形存储调取模块双向连接，被测信号经过微处理器处理的同时，微处理器还对被测信号的频率、周期、占空比、均值和峰峰值进行测量，并将测量后得到的数据通过波形存储调取模块进行存储，所述tft显示模块可通过微处理器调取所述波形存储调取模块中存储的被测信号信息并进行显示；
所述信号发生方法包括以下步骤：
s21：通过tft显示模块设置所需要的目标模拟信号的参数值，然后tft显示模块将预设的参数值传送至微处理器，微处理器将预设的参数值通过d/a转换模块转换为模拟信号并将该模拟信号传送至信号发生调理模块；
s22：所述信号发生调理模块包括依次相连的减法电路和程控放大电路，所述减法电路的输入端与所述d/a转换模块的输出端相连，模拟信号被传送至信号发生调理模块中的减法电路，减法电路对模拟信号进行偏移处理，偏移处理后的模拟信号通过程控放大电路放大到指定的幅值后即可生成目标模拟信号并输出给用户使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过stm32f4内置a/d转换模块，能够实现6mhz的采样速度，带宽500khz，可以测出从1hz到500khz的频率，输入信号幅度可以是-25v-25v(通过示波器探头衰减10倍之后)，通过电路上电阻的选择控制它的放大和衰减。并且利用其丰富的外设资源，通过内置da模块实现了信号发生器的功能，可输出指定参数的波形。本发明具有触发模式选择、波形整体平移、峰峰值、有效值、频率、周期、占空比、波形存储、波形回放、波形发生等功能。充分利用集成处理器的外设资源，简化外围电路的设计，集成化程度更高；用触摸显示屏的虚拟按键代替传统按键，缩小了产品的体积，方便携带。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明中降压电路ⅰ的电路图；
图3为本发明中转换电路的电路图；
图4为本发明中降压电路ⅱ的电路图；
图中标记：1、波形显示调理模块，2、a/d转换模块，3、tft显示模块，4、波形存储调取模块，5、d/a转换模块，6、信号发生调理模块，7、微处理器，8、定时器触发模块，9、过压保护电路，10、信号衰减电路，11、跟随电路，12、加法电路，13、减法电路，14、程控放大电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种便携式波形显示和信号发生装置，如图1所示，包括微处理器7和波形显示调理模块1，还包括a/d转换模块2、d/a转换模块5、tft显示模块3、波形存储调取模块4、信号发生调理模块6，所述波形显示调理模块1的输出端与所述a/d转换模块2的输入端相连，所述a/d转换模块2的输出端与所述微处理器7的输入端相连，所述微处理器7分别与所述tft显示模块3和所述波形存储调取模块4双向连接，所述微处理器7的输出端与所述d/a转换模块5的输入端相连，所述d/a转换模块5的输出端与所述信号发生调理模块6的输入端相连。
进一步优化本方案，所述微处理器7还与所述定时器触发模块8双向连接，所述定时器触发模块8的两个输出端分别与所述d/a转换模块5的输入端和所述a/d转换模块2输入端相连。
进一步优化本方案，所述波形显示调理模块1包括依次相连的过压保护电路9、信号衰减电路10、跟随电路11和加法电路12，所述加法电路12的输出端与所述a/d转换模块2输入端相连；所述信号发生调理模块6包括依次相连的减法电路13和程控放大电路14，所述减法电路13的输入端与所述d/a转换模块5的输出端相连。
进一步优化本方案，所述微处理器7的供电电压为+3.3v，所述波形显示调理模块1和所述信号发生调理模块6中所包含的电路所采用的输入电压为+5v与-5v中的一种或两种。
进一步优化本方案，如图2所示，+5v输入电压由包含lm2596稳压芯片的降压电路ⅰ所提供，所述降压电路ⅰ包括lm2596稳压芯片、电感l1、开关k1、滑动变阻器w1、电容c8、电容c9以及电容c10，所述lm2596稳压芯片的电压输入端口vin+与所述开关k1的一端相连，所述开关k1的另一端分别与所述电容c10的正极和7.2v锂电池的正极相连，所述电容c10的负极接地，所述lm2596稳压芯片的输出端口output与所述电感l1的一端相连，所述电感l1的另一端分别与所述电容c8的正极、所述电容c9的一端以及所述滑动变阻器w1的一端相连，所述滑动变阻器w1的另一端接地，所述滑动变阻器w1的移动端与所述lm2596稳压芯片的反馈端口feedback相连，所述电容c8的负极与所述电容c9的另一端相连后接地，所述lm2596稳压芯片的接地端口ground与所述lm2596稳压芯片的控制端口on/off相连后接地。
进一步优化本方案，如图3所示，-5v输入电压由包含icl7660a稳压芯片的转换电路所提供，所述转换电路包括icl7660a稳压芯片、电容c1、电容c6以及电容c7，所述icl7660a稳压芯片的电压输入端口v+分别与所述电容c1的正极和所述lm2596稳压芯片的输出端口output相连，所述电容c1的负极与所述电容c6的正极相连后接地，所述电容c6的负极与所述icl7660a稳压芯片的输出端口output相连，所述icl7660a稳压芯片的接地端口ground接地，所述icl7660a稳压芯片的电容连接端口cap+和cap-分别与所述电容c7的正极和负极对应连接。
进一步优化本方案，如图4所示，+3.3v供电电压由包含lsm1117稳压芯片的降压电路ⅱ所提供，所述降压电路ⅱ包括lsm1117稳压芯片、二极管d1、电容c3、电容c5、电容c2以及电容c4，所述lsm1117稳压芯片的输入端口in分别与所述二极管d1的负极、所述电容c2的正极以及所述电容c4的一端相连，所述电容c2的正极与所述lm2596稳压芯片的输出端口output相连，所述lsm1117稳压芯片的输出端口out分别与所述二极管d1的正极、所述电容c3的正极以及所述电容c5的一端相连，所述电容c2的负极、所述电容c4的另一端、所述电容c3的负极以及所述电容c5的另一端相连后接地，所述lsm1117稳压芯片的接地端口ground接地。
进一步优化本方案，所述微处理器7为stm32f4处理器。
一种便携式波形显示和信号发生装置的发生方法，该发生方法包括波形显示方法和信号发生方法，
s11：被测信号通过信号接线端子与所述波形显示调理模块1相连，所述波形显示调理模块1包括依次相连的过压保护电路9、信号衰减电路10、跟随电路11和加法电路12，其中，所述过压保护电路9对被测信号进行限幅处理，所述信号衰减电路10对经过限幅处理的被测信号进行衰减以保证微处理器的正常工作，所述跟随电路11对经过衰减的被测信号进行缓冲与隔离处理，所述加法电路12将经过缓冲与隔离处理的被测信号抬升至零电压以上；
s12：所述加法电路12的输出端与所述a/d转换模块2的输入端相连；经过加法电路12抬升的被测信号经过a/d转换模块2的转换后被传送到微处理器的内置adc采样端口，所述微处理器7分别与所述tft显示模块3和所述波形存储调取模块4双向连接，被测信号经过微处理器7处理的同时，微处理器7还对被测信号的频率、周期、占空比、均值和峰峰值进行测量，并将测量后得到的数据通过波形存储调取模块4进行存储，所述tft显示模块3可通过微处理器调取所述波形存储调取模块4中存储的被测信号信息并进行显示；
所述信号发生方法包括以下步骤：
s21：通过tft显示模块3设置所需要的目标模拟信号的参数值，然后tft显示模块3将预设的参数值传送至微处理器7，微处理器7将预设的参数值通过d/a转换模块5转换为模拟信号并将该模拟信号传送至信号发生调理模块6；
s22：所述信号发生调理模块6包括依次相连的减法电路13和程控放大电路14，所述减法电路13的输入端与所述d/a转换模块5的输出端相连，模拟信号被传送至信号发生调理模块6中的减法电路，减法电路对模拟信号进行偏移处理，偏移处理后的模拟信号通过程控放大电路放大到指定的幅值后即可生成目标模拟信号并输出给用户使用。
本发明在使用时，被测信号通过信号接线端子连接到本发明中，经过波形显示调理模块1中的过压保护电路9实现对被测信号的限幅处理，经过信号衰减电路对信号进行衰减以保证微处理器的正常工作，经过加法电路将被测信号抬升至零电压以上，经过加法电路抬升的被测信号被送到微处理器内置adc的采样端口，通过软件算法实现信号的触发，判断信号的上升沿、下降沿，同时计算信号的峰峰值、频率、均值等信息，对采集的数据存储在波形存储调取模块4中，可通过sd卡文件系统保存波形和图片信息实现波形的存储和回放，tft显示模块3内置在电容触摸屏中，电容触摸屏的应用加上rt_gui人机界面的应用使得操作更加方便和人性化；
当该装置作为信号发生装置时，目标信号通过片内dac模块、dma模块和tim模块配合产生想要的波形，通过da端口输出信号，信号先经减法电路进行相应的偏移处理，然后通过程控放大电路放大到指定的幅值输出给用户使用。
当该装置作为波形显示装置时，被测信号通过信号端子连接在该装置上，经由过压保护电路限幅处理，因此为了保证处理器的正常工作，首先要对被测信号进行衰减，经过电压跟随电路加强后，由于stm32f4内置adc不能对负电压进行采集，对于存在负电压的信号需要将负电压通过加法电路抬升至零电平以上后送入ad采样端口，为了使波形能够稳定显示，本方案选择通过软件算法实现类似于斯密特触发器类似的触发模式，此算法可判断信号的上升下降沿，同时计算信号的峰峰值、频率、均值等信息，可省略很大一部分电路，使得该装置的体积更小，对采集的数据可通过sd卡文件系统保存波形和图片信息实现波形的存储和回放，电容触摸屏的应用加上rt_gui人机界面的应用使得操作更加方便和人性化；当该装置作为信号发生装置时，目标信号通过片内dac模块、dma模块和tim模块配合产生想要的波形，通过da端口输出信号，信号先经减法器进行相应的偏移处理，然后通过程控放大器放大到指定的幅值输出给用户使用。
该装置由stm32f407主控电路、采样调理电路、电源电路、显示电路、存储电路等搭建而成，主要用到片上资源的sdio、fsmc、adc1、adc2、adc3,定时器tim1、tim2、dma等资源。其中单组adc采样最大采样速度为2mhz，利用adc的分时交叉采样模式下，可达到6mhz的采样速率，通过tim1定时触发三个adc交叉采样，控制采样的频率，对于不同频率的波形，可通过人机界面上的“auto”按钮是系统自动搜索并稳定显示波形。通过软件算法并结合采样速率可得到信号的频率、周期、占空比、均值、峰峰值等信息，同时可通过高级菜单界面下的波形发生器功能产生可控幅值和频率的波形，包括正弦波、方波、锯齿波、三角波、白噪声等常用的测试波形。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。