一种可编程信号发生器及其信号发生方法
【专利摘要】本发明公开了一种可编程信号发生器及其信号发生方法，属于信号源发生【技术领域】。本发明的信号发生器包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；信号发生器主体包括主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块和DAC数模转换模块；按键控制模块与主控单元的输入端相连，主控单元的输出端与显示模块相连；主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连。本发明的信号发生器可工作于上位机工作模式和本地工作模式，且可通过JTAG接口烧录程序入FPGA模块，实现特殊逻辑信号的定制。本发明集多种信号发生于一体，体积小，便携性好。
【专利说明】一种可编程信号发生器及其信号发生方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信号源发生【技术领域】，更具体地说，涉及一种可编程信号发生器及其信号发生方法。
【背景技术】
[0002]在嵌入式产品的研发中，特别是近年来热门的物联网项目，通常需要使用大量的传感器设备来获取环境信息。在开发过程中通常需要构造真实使用环境下的条件，以便于产品的调试、设计和测试。如电冰箱的温控器的研发，真实情况下从温度传感器获取温度以判断是否驱动压缩机工作。在研发阶段如果使用信号发生器来代替温度传感器，模拟真实环境温度的变化，开发成本和周期都会得到有效降低。
[0003]通常嵌入式产品的研发和测试所需要的信号主要包括:1)模拟电压信号；2) I/O开关信号；3) PWM信号(脉冲宽度调制信号)；4)函数/特殊要求的周期信号。而目前市场上的信号发生器主要有以下几种:1)普通信号发生器(如正弦信号，方波信号发生器);2)函数/特殊要求的函数波形发生器；3)脉冲信号发生器；4)逻辑数字信号发生器。这些信号发生器通常采用以下方法来实现信号的输出:(1)通过调节可调电阻器，以输出模拟电压信号；(2)通过拨动开关制造高低电平，以输出数字开发信号；(3)通过驱动DDS (直接数字式频率合成器)芯片，以输出PWM波形信号。上述信号发生器均存在输出波形的种类相对较为固定，难以满足不同用户需求的缺点，对于现在复杂的测试环境，往往一个测试项目需要不同种类的波形信号，输出波形单一极大的限制了信号发生器的使用。
[0004]经检索，中国专利申请号为201110348058.1，申请日为2011年11月7日，发明创造名称为:正弦信号发生器，该申请案公开了一种信号发生器，其主要由电源、电压同步电路，控制模块，DDS模块，LPF低通平滑滤波器，液晶显示器以及键盘构成，该申请案基于DDS技术，通过设定DDS模块中相位累加器的位数、频率控制字以及时钟频率，然后将地址以查表的方式获取对应相位的信号幅度值，在经DAC数模转换器转换输出并利用LPF低通滤波器对信号进行平滑滤波，得到较为稳定的正弦信号波形。但受限于基于固定查表方式的波形产生方式，该信号发生器仅能输出正弦波，且由于DDS模块的波形输出频率依赖于频率控制字大小，当频率控制字较大时，相当于以跳点方式读取波形存储器，可能导致很多采样点无法准确复现，故该申请案不适合窄频率的瞬变应用场合。
[0005]中国专利号为ZL201320015864.1的专利文献中，公开了一种全可编程任意波形发生器，该申请案主要包括FPGA传送单元、主控单元以及数模转换单元三大模块，其中主控单元由intel i7处理器和固态硬盘组成，FPGA传输单元由中央处理器和DDR3内存组成，其承载了 Linux操作系统，结合Matlab处理软件实现了任意波形信号的产生，配合高性能SSD硬盘以及FPGA的可编程特性可以实现最高2.5GHz的输出频率，且具有最高16位的转换精度。尽管该申请案扩展性较强、性能较优，但由于该申请案大量使用了较为高端的元器件和集成电路，使得设备体积大且成本高昂。
[0006]此外，随着汽车、火车等动力机械的普及应用，对发动机性能的改进也成为了相关领域的研究热点，如果在发动机的研发阶段，使用信号发生器模拟真实发动机发送Crank(曲轴)信号和Cam (凸轮轴)信号，开发出优异性能的发动机所需的开发成本和开发周期也必将显著降低，然而，市场上现有的模拟发动机信号的信号发生器所产生的发动机曲轴与凸轮轴信号是固定的，只适用于某种固定的发动机机型。当发动机的曲轴凸轮轴传感器改变或者信号相位关系发生变化的时候，信号发生器就失效了，导致该类信号发生器的通用性较差，针对相关技术中发动机信号发生器只产生固定的发动机曲轴与凸轮轴信号，当信号源发生变化时信号发生器就会失效的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0007]1.发明要解决的技术问题
[0008]本发明的目的在于克服现有信号发生器存在的:1)输出波形信号单一、输出信号可定制性不强；2)不支持特殊信号(如发动机的曲轴凸轮轴信号)的发送的不足，提供了一种集多种可定制独立信号源于一体的可编程信号发生器及其信号发生方法，本发明的开发成本低，能够在产生通用信号(方波、PWM脉冲信号以及开关信号等)的同时，支持一些特殊信号如发动机Crank/Cam信号的输出，此外由于内置可编程FPGA模块，可实现信号的定制化输出，借助于兼容本发明信号发生器通信协议的PC端信号调节软件，还可实现信号调节的自动化。
[0009]2.技术方案
[0010]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0011]本发明的一种可编程信号发生器，包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元的输出端与显示模块相连，显示模块用于显示信号发生器所处的工作模式，以及输出信号的详细信息；主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连，所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连；所述的电源模块用于为信号发生器主体提供电源。
[0012]更进一步地，所述的PC端信号调节模块为一台上位机，该上位机上安装有信号调节软件，所述的信号调节软件用于收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集的信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口发送给主控单元。
[0013]更进一步地，所述的主控单元的主体为PIC单片机，该PIC单片机采用PIC18F系列的PIC18F4550单片机，所述的PIC单片机用于接收按键控制模块和PC端信号调节模块输入的信号，并对接收的信号进行分析处理，根据接收的信号类型通过SPI接口将信号分发到FPGA模块或DAC数模转换模块，控制FPGA模块产生逻辑信号或控制DAC数模转换模块进行信号转换。
[0014]更进一步地，所述的FPGA模块采用XC3S250E-4VQG100C芯片，该FPGA模块接收PIC单片机发送的指令，产生PIC单片机指定的逻辑信号并输出到逻辑信号输出模块；所述的逻辑信号输出模块包括I/o开关信号输出端口、PWM脉冲信号输出端口和Crank/Cam信号输出端口。[0015]更进一步地，所述的FPGA模块还连接有JTAG接口，该FPGA模块通过JTAG接口烧录Verilog/VHDL程序，实现功能扩展和特殊逻辑信号的定制。
[0016]更进一步地，所述DAC数模转换模块包括6个相互独立的DAC数模转换器，所述的DAC数模转换器采用10位并行数模转换器LTC1660N。
[0017]更进一步地，所述的电源模块包括DC-DC电压转换模块和退耦电路，该DC-DC电压转换模块和退耦电路电连接，所述的DC-DC电压转换模块用于提供不同范围的电源电压，所述的退耦电路用于保护、稳定电路，电源模块通过USB接口与外部电源连接为信号发生器主体供电。
[0018]本发明的一种可编程信号发生器的信号发生方法，所述的可编程信号发生器包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元与显示模块相连，该主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连，该FPGA模块还连接有JTAG接口 ；所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连；所述的电源模块用于为信号发生器主体提供电源；该可编程信号发生器有两种工作模式，即上位机工作模式和本地工作模式，其具体信号发生方法为:
[0019]当可编程信号发生器处于上位机工作模式时，用户通过PC端信号调节模块上的信号调节软件输入调节信号，信号调节软件收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口输送给主控单元；
[0020]主控单元接收PC端信号调节模块发送的数据包，并进行分析和处理，若用户要求输出模拟信号，则主控单元把由通道号和电压值组成的数据包通过SPI接口发送给DAC数模转换模块，DAC数模转换模块产生指定幅度的模拟电压信号后，通过模拟信号输出模块输出；若用户要求输出逻辑信号，则主控单元把逻辑信号数据包通过SPI接口发送给FPGA模块，FPGA模块产生相应逻辑信号后，通过逻辑信号输出模块输出；
[0021]当可编程信号发生器处于本地工作模式时，用户通过按键控制模块上的相应按键选择要输出波形信号的类型和相关参数，按键控制模块收集按键信息并输送给主控单元；主控单元的处理过程同可编程信号发生器处于上位机工作模式时主控单元的处理过程；
[0022]若用户希望实现特殊逻辑信号的定制，可通过JTAG接口将编写的Verilog/VHDL程序烧录入FPGA模块，FPGA模块根据烧录程序产生相应的特殊逻辑信号，并通过逻辑信号输出模块输出。
[0023]更进一步地，主控单元控制FPGA模块产生逻辑信号时发送的逻辑信号数据包为I/o开关信号数据包、PWM脉冲信号数据包或发动机Crank/Cam信号数据包；所述的I/O开关信号数据包包含通道号和高低电平信息，所述的PWM脉冲信号数据包包含通道号、占空比和脉宽信息，所述的发动机Crank/Cam信号数据包包含通道号、发动机缸类型、齿数、缺齿数以及相位信息。
[0024]3.有益效果
[0025]采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果:
[0026](I)本发明的一种可编程信号发生器，集PWM脉冲信号、I/O开关信号、模拟电压信号以及用于专业领域的发动机Crank/Cam信号于一体，可以实现高速实时和稳定的信号产生及发送，能够产生更为丰富的信号源；且支持上位机工作模式和本地工作模式两种工作模式，信号调节方式更加灵活，且支持调节过程的脚本录制，信号调节的自动化程度高；
[0027](2)本发明的一种可编程信号发生器，支持Crank/Cam信号的产生，能够根据用户指定的发动机缸型、缺齿数、齿数和相位信息，通过特定的算法，经由FPGA模块输出发动机曲轴和凸轮信号，可应用于发动机专业领域；
[0028](3)本发明的一种可编程信号发生器，采用FPGA模块作为逻辑信号发生单元，且预留了 JTAG接口，可通过编程下载的方式扩展功能，使得可以支持更多信号的输出，实现特殊信号的定制化；
[0029](4)本发明的一种可编程信号发生器的信号发生方法，操作简单，输出信号参数控制精确，实用性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本发明的一种可编程信号发生器的结构框图；
[0031]图2为本发明中PC端信号调节模块与PIC单片机之间通信的示意图；
[0032]图3中的(a)为本发明中PIC单片机与一个DAC数模转换器以及外设接口的线路连接图；图3中的(b)为本发明中按键控制模块的线路原理图；
[0033]图4中的(a)为本发明中DC-DC电压转换模块的线路原理图；图4中的(b_l)为本发明中3.3V直流电源的退耦电路线路原理图；图4中的(b-2)为本发明中2.5V直流电源的退耦电路线路原理图；图4中的(b-3)为本发明中1.2V直流电源的退耦电路线路原理图；图4中的(c-1)为本发明中48路模拟电压信号输出模块接口图；图4中的(c-2)为本发明中10路PWM信号和发动机Cam/Crank信号输出模块的接口图；图4中的(c_3)为本发明中28路I/O开关信号输出模块的接口图；
[0034]图5为本发明的信号发生器处于上位机工作模式时，PIC单片机的处理流程示意图；
[0035]图6中的(a)为本发明中PC端信号调节软件的DA调节窗体示意图；图6中的(b)为本发明中PC端信号调节软件的PULSE调节窗体示意图；图6中的(C)为本发明中PC端信号调节软件的IO调节窗体示意图；图6中的(d)为本发明中PC端信号调节软件的Crank/Cam调节窗体示意图；图6中的(e)为本发明中PC端信号调节软件的用户接口窗体示意图。
【具体实施方式】
[0036]为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0037]实施例1
[0038]结合附图，本实施例的一种可编程信号发生器(如图1所示)，包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接。PC端信号调节模块为一台上位机，该上位机上安装有信号调节软件，所述的信号调节软件用于收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集的信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口发送给主控单元。
[0039]所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA(现场可编程门列阵)模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块。所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元的输出端与显示模块相连，本实施例中显示模块为IXD显示屏，显示模块用于显示信号发生器所处的工作模式，以及输出信号的详细信息。所述的主控单元的主体为PIC单片机，本实施例中PIC单片机采用PIC18F系列的PIC18F4550单片机，所述的PIC单片机用于接收按键控制模块和PC端信号调节模块输入的信号，并对接收的信号进行分析处理，根据接收的信号类型通过SPI接口将信号分发到FPGA模块或DAC数模转换模块，控制FPGA模块产生逻辑信号或控制DAC数模转换模块进行信号转换。
[0040] 主控单元通过SPI接口(串行外围设备接口)分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连。所述的FPGA模块采用XC3S250E-4VQG100C芯片，该FPGA模块接收PIC单片机发送的指令，产生PIC单片机指定的逻辑信号并输出到逻辑信号输出模块。所述的逻辑信号输出模块包括I/O开关信号输出端口、PWM脉冲信号输出端口和Crank/Cam信号输出端口。所述的FPGA模块还连接有JTAG接口，该FPGA模块通过JTAG接口烧录Verilog/VHDL程序，实现功能扩展和特殊逻辑信号的定制。所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连，DAC数模转换模块包括6个DAC数模转换器，且DAC数模转换器的每一路信号输出均对应于模拟信号输出模块的一个端口。所述的DAC数模转换器采用10位并行数模转换器LTC1660N。
[0041 ] 所述的电源模块包括DC-DC电压转换模块和退耦电路，该DC-DC电压转换模块和退耦电路电连接，所述的DC-DC电压转换模块用于提供不同范围的电源电压，所述的退耦电路用于保护、稳定电路，电源模块采用标准的2.5mm USB接口与外部电源连接为信号发生器主体供电。
[0042]图3是主控单元和DAC数模转换模块以及外围电路的原理图。其中，图3中的(a)为PIC单片机和DAC数模转换模块的线路连接图；图中Ul为PIC单片机，U2为DAC数模转换器，此处值得说明的是，本实施例设置有6个DAC数模转换器，但鉴于篇幅所限，附图中只表示了 I个DAC数模转换器与PIC单片机的连接方式，其余5个DAC数模转换器的连接方式类似；位于主控单元右边的DAC数模转换器负责将PIC单片机I/O端口输出的数据转换成模拟信号，对于拥有N位分辨率的DAC数模转换器来说，其输出电压Vtjut= (Vin/2N) *Vref, (Vref为基准电压，Vin为输入电压的逻辑值)。Pl为IXD显示模块，IXD显示模块接于PIC单片机的I/O端口上，用于显示当前的工作模式以及当前输出信号详细信息。图3中的(b)为按键控制模块的线路原理图，其中SI?S4为4个按键开关组成的按键控制模块，SI和S2用于选择信号通道，S3和S4用于调节信号值。
[0043]图4中的(a)为DC-DC电压转换模块线路原理图，位于图中左上角部分的P3模块为USB接口，连接其Vbus输出端口的是DC-DC电压转换模块，该模块负责提供不同大小的直流电压，图4中的(b-1)、(b-2)和(b-3)分别为3.3V直流电源退耦电路、2.5V直流电源退耦电路和1.2V直流电源退耦电路的线路原理图，所述退耦电路进一步保证了电源的稳定性；图4中的(c-1)至(c-3)为模拟信号输出模块和逻辑信号输出模块的接口图，其包括48路模拟电压信号输出端子(如图4中的(c-1)所示)和10路PWM逻辑信号输出端子、发动机Cam/Crank信号输出端子(如图4中的(c_2)所示)，以及28路I/O开关信号输出端子(如图4中的(c-3)所示)；[0044]本实施例的一种可编程信号发生器有两种工作模式，即上位机工作模式和本地工作模式，该可编程信号发生器的具体信号发生方法为:
[0045]当可编程信号发生器处于上位机工作模式时，用户通过PC端信号调节模块上的信号调节软件输入调节信号，信号调节软件收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口输送给主控单元(gpPic单片机);本实施例中PC端信号调节模块向PIC单片机输送的数据包主要由通道号(ID)和数据段(Data)两大部分组成(如图2所示)，通道号ID用以区分信号的类型，而数据段Data用以存储相应信号的数据信息；PIC单片机与FPGA模块之间采用SPI通信协议，由PIC单片机发往FPGA模块的数据包格式由8位首部字段和32位数据字段构成，其中首部字段用以区分所要产生的逻辑信号类别(如PWM信号、I/O开关信号、Crank/Cam信号等)，数据段存储着相应信号的值。
[0046]主控单元接收PC端信号调节模块发送的数据包，并进行分析和处理，若用户要求输出模拟信号，则主控单元把由通道号和电压值组成的数据包通过SPI接口发送给DAC数模转换模块，DAC数模转换模块产生指定幅度的模拟电压信号后，通过模拟信号输出模块输出；若用户要求输出逻辑信号，则主控单元把相应逻辑信号数据包通过SPI接口发送给FPGA模块，此处所述的逻辑信号数据包为I/O开关信号数据包、PWM脉冲信号数据包或发动机Crank/Cam信号数据包；所述的I/O开关信号数据包包含通道号和高低电平信息，所述的PWM脉冲信号数据包包含通道号、占空比和脉宽信息，所述的发动机Crank/Cam信号数据包包含通道号、发动机缸类型、齿数、缺齿数以及相位信息。FPGA模块产生相应逻辑信号后，通过逻辑信号输出模块输出。
[0047]对于每个经USB接口发至主控单元的数据包，PIC单片机都会对其进行解析，并根据数据包首部的第一个字节来判断信号类型。表I列出了 PC端信号调节模块和主控单元之间的USB接口上进行传输的7种调节消息，包括5种调节信号指令(DA信号，I/O开关信号，PWM信号，Crank/Cam信号，Crank脉冲信号)和2种工作模式切换指令(本地工作模式和上位机工作模式)，例如，对于DA信号类型，其数据包首部第I字节取值范围为’ A’?’ F’，分别对应不同通道的输出，首部的剩余字节表示相应通道的组内编号，其值范围依赖于设备的DA信号输出端口数；对于I/O开关信号类型，其数据包首部的首字节以’L’开头(表示为一种逻辑信号)，首部的剩余字节为一固定值，用以表示该信号为I/O量，数据部分由一串二进制数表示，依次对应各个I/O输出通道的电平状态。而对于脉冲Pulse信号类型，其同样以’L’作为数据包首部字节，由于PWM信号需要同时包含脉冲信号频率和信号占空比，故产生一次脉冲信号需要同时向PIC单片机发送2个数据包，脉冲信号数据包首部的剩余字节除了提供输出端口号信息外，还需要包含数据包数据段部分所存储的信息类型(即代表频率值或占空比)，且数据段的值依赖于PIC单片机的外部时钟源Yl的频率(数据包数据段中的频率为时钟频率fo/f所得结果的十六进制数据形式，f为用户想要产生的频率)。曲轴Crank/凸轮Cam信号的数据包首部也为一固定值，但其数据段信息包括Cam类型(8位)、相位(8位)、齿数(8位)和缺齿数(8位)，此外，其频率和占空比的数据包格式与普通脉冲信号类似。
[0048]表IPC端信号调节模块与PIC单片机之间的通信协议[0049]
【权利要求】
1.一种可编程信号发生器，其特征在于:包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元的输出端与显示模块相连，显示模块用于显示信号发生器所处的工作模式，以及输出信号的详细信息；主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连，所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连；所述的电源模块用于为信号发生器主体提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的PC端信号调节模块为一台上位机，该上位机上安装有信号调节软件，所述的信号调节软件用于收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集的信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口发送给主控单元。
3.根据权利要求2所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的主控单元的主体为Pic单片机，该PIC单片机采用PIC18F系列的PIC18F4550单片机，所述的PIC单片机用于接收按键控制模块和PC`端信号调节模块输入的信号，并对接收的信号进行分析处理，根据接收的信号类型通过SPI接口将信号分发到FPGA模块或DAC数模转换模块，控制FPGA模块产生逻辑信号或控制DAC数模转换模块进行信号转换。
4.根据权利要求2或3所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的FPGA模块采用XC3S250E-4VQG100C芯片，该FPGA模块接收PIC单片机发送的指令，产生PIC单片机指定的逻辑信号并输出到逻辑信号输出模块；所述的逻辑信号输出模块包括I/O开关信号输出端口、PWM脉冲信号输出端口和Crank/Cam信号输出端口。
5.根据权利要求4所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的FPGA模块还连接有JTAG接口，该FPGA模块通过JTAG接口烧录Verilog/VHDL程序，实现功能扩展和特殊逻辑信号的定制。
6.根据权利要求5所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述DAC数模转换模块包括6个相互独立的DAC数模转换器，所述的DAC数模转换器采用10位并行数模转换器LTC1660N。
7.根据权利要求6所述的一种可编程信号发生器，其特征在于:所述的电源模块包括DC-DC电压转换模块和退耦电路，该DC-DC电压转换模块和退耦电路电连接，所述的DC-DC电压转换模块用于提供不同范围的电源电压，所述的退耦电路用于保护、稳定电路，电源模块通过USB接口与外部电源连接为信号发生器主体供电。
8.一种可编程信号发生器的信号发生方法，其特征在于:所述的可编程信号发生器包括PC端信号调节模块和信号发生器主体，所述的PC端信号调节模块与信号发生器主体通过USB接口连接；所述的信号发生器主体包括电源模块、主控单元、按键控制模块、显示模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、逻辑信号输出模块和模拟信号输出模块；所述的按键控制模块与主控单元的输入端相连，所述的主控单元与显示模块相连，该主控单元通过SPI接口分别与FPGA模块和DAC数模转换模块相连，所述的FPGA模块的输出端与逻辑信号输出模块相连，该FPGA模块还连接有JTAG接口 ；所述的DAC数模转换模块与模拟信号输出模块相连；所述的电源模块用于为信号发生器主体提供电源；该可编程信号发生器有两种工作模式，即上位机工作模式和本地工作模式，其具体信号发生方法为: 当可编程信号发生器处于上位机工作模式时，用户通过PC端信号调节模块上的信号调节软件输入调节信号，信号调节软件收集用户的输入和选择信息，PC端信号调节模块将信号调节软件收集信息封装成相应格式的数据包，通过USB接口输送给主控单元； 主控单元接收PC端信号调节模块发送的数据包，并进行分析和处理，若用户要求输出模拟信号，则主控单元把由通道号和电压值组成的数据包通过SPI接口发送给DAC数模转换模块，DAC数模转换模块产生指定幅度的模拟电压信号后，通过模拟信号输出模块输出；若用户要求输出逻辑信号，则主控单元把逻辑信号数据包通过SPI接口发送给FPGA模块，FPGA模块产生相应逻辑信号后，通过逻辑信号输出模块输出； 当可编程信号发生器处于本地工作模式时，用户通过按键控制模块上的相应按键选择要输出波形信号的类型和相关参数，按键控制模块收集按键信息并输送给主控单元；主控单元的处理过程同可编程信号发生器处于上位机工作模式时主控单元的处理过程； 若用户希望实现特殊逻辑信号的定制，可通过JTAG接口将编写的Verilog/VHDL程序烧录入FPGA模块，FPG A模块根据烧录程序产生相应的特殊逻辑信号，并通过逻辑信号输出模块输出。
9.根据权利要求8所述的一种可编程信号发生器的信号发生方法，其特征在于:主控单元控制FPGA模块产生逻辑信号时发送的逻辑信号数据包为I/O开关信号数据包、PWM脉冲信号数据包或发动机Crank/Cam信号数据包；所述的I/O开关信号数据包包含通道号和高低电平信息，所述的PWM脉冲信号数据包包含通道号、占空比和脉宽信息，所述的发动机Crank/Cam信号数据包包含通道号、发动机缸类型、齿数、缺齿数以及相位信息。
【文档编号】G05B19/042GK103645665SQ201310719706
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】张旻, 周振超, 陆志刚, 蒋嗣韬, 张明思 申请人:南京富士通南大软件技术有限公司