一種可攜式脈衝信號發生器的製作方法
2023-09-13 20:51:05
專利名稱：一種可攜式脈衝信號發生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測設備，尤其涉及一種用在檢測設備上的可攜式脈衝信號發生器。
背景技術：
信號發生器作為一種激勵源，按信號源的不同可分為混和信號源和邏輯信號源兩種。其中混和信號源主要輸出模擬波形；邏輯信號源輸出數字碼形。混和信號源又可分為函數信號發生器和任意波形/函數發生器，其中函數信號發生器輸出標準波形，如正弦波、方波等，任意波/函數發生器輸出用戶自定義的任意波形；邏輯信號發生器又可分為脈衝信號發生器和碼型發生器，其中脈衝信號發生器驅動較小個數的的方波或脈衝波輸出，碼型發生器生成許多通道的數字碼型。 在電力行業工業控制產品中遙信單元是重要的組成電路部分，遙信單元主要用來檢測設備外部變量和設備內部判斷控制。市面上出售的數字波形觸發器一般都是採用555觸發器或NEC單片機來實現的，即都採用硬體來實現各種波形的產生和觸發。這種數字波形觸發器的PCB電路設計走線複雜、外圍電路複雜、不易擴展功能、體積大、成本高，在外界試驗中容易受到外部幹擾信號的幹擾而造成輸出波形變形等。
發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種體積小巧、操作簡便、抗幹擾能力強的可攜式脈衝信號發生器。本發明是通過如下技術方案實現的—種可攜式脈衝信號發生器，包括外殼，以及設置在外殼內雙面貼片的PCB電路板，所述PCB電路板上設置有一電源電路，用於為主控晶片提供工作電壓；一按鍵控制電路，用於接收外部輸入的控制指令和脈衝個數，並輸出至主控晶片;一顯示電路，用於顯示按鍵控制電路輸入的脈衝個數；一脈衝輸出隔離電路，串接在主控晶片與脈衝輸出電路之間，用於隔離主控晶片與脈衝輸出電路；一脈衝輸出電路，用於與外部的用電管理終端的多個接線端子相連，向用電管理終端輸出多路脈衝信號；一主控晶片，用於根據按鍵控制電路接收的控制指令和脈衝個數，產生多路正負5V電平脈衝信號；並通過脈衝輸出隔離電路和脈衝輸出電路輸出所述脈衝信號；電源電路、按鍵控制電路、顯示電路和脈衝輸出隔離電路均與主控晶片電連接。本發明的進一步設置在於，所述可攜式脈衝信號發生器還包括一指示燈電路，所述指示燈電路包括4個LED燈及其外圍電路。
本發明的進一步設置在於，所述主控晶片為EPM240T10015可編程邏輯控制晶片。本發明的進一步設置在於，所述電源電路包括USB接口和DC輸入接口。本發明所述的可攜式脈衝信號發生器，具有如下有益效果I.提供穩定的正負(上升沿和下降沿)5V電平信號脈衝輸出；
2.操作簡單、實用；3.電路簡單，成本較低；4.採用兩面PCB貼片設計，體積小，便於攜帶；5.受磁場、環境溫度等影響小，工作穩定、可靠；6.可通過靜電和雷擊浪湧等實驗要求；7.提供兩種電源接口，方便在室外沒有市電的環境下通過筆記本電腦USB接口提供電源工作和被檢測設備同步工作，大大提高了在野外設備檢測工作效率。
圖I為本發明所述可攜式脈衝信號發生器的結構框圖；圖2為顯示電路的原理圖；圖3為段碼控制電路的原理圖；圖4為LED數碼管電路的原理圖；圖5為LED位段控制迴路的原理圖；圖6為按鍵控制電路的原理圖；圖7為脈衝輸出隔離電路和脈衝輸出電路的原理圖；圖8為電源電路的原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細的說明。如圖I所示，本發明提供了一種可攜式脈衝信號發生器，包括外殼，以及設置在外殼內雙面貼片的PCB電路板，所述PCB電路板上設置有主控晶片，以及與主控晶片相連的電源電路、按鍵控制電路、顯示電路和脈衝輸出隔離電路，脈衝輸出隔離電路的輸出端與脈衝輸出電路相連。電源電路，用於為主控晶片提供工作電壓；按鍵控制電路，用於接收外部輸入的控制指令和脈衝個數，並輸出至主控晶片；顯示電路，用於顯示按鍵控制電路輸入的脈衝個數；脈衝輸出隔離電路，串接在主控晶片與脈衝輸出電路之間，用於隔離主控晶片與脈衝輸出電路；脈衝輸出電路，用於與外部的用電管理終端的多個接線端子相連，向用電管理終端輸出多路脈衝信號；主控晶片，用於根據按鍵控制電路接收的控制指令和脈衝個數，產生多路正負5V電平脈衝信號；並通過脈衝輸出隔離電路和脈衝輸出電路輸出所述脈衝信號。其中，按鍵控制電路包含有7個按鍵，分別為脈衝上升沿和下降沿選擇、啟動按鍵、暫停按鍵、左右移動按鍵和加減按鍵，顯示電路是由一個5位數值顯示(從左至右分別表示萬、千、百、十、個位)的數碼管組成，表示最大脈衝個數範圍在0-99999之間(以倒計數方式輸出脈衝)。本發明還可以包括一指示燈電路，所述指示燈電路包括4個LED燈及其外圍電路。4個LED指示燈分別為電源指示燈、上升沿脈衝和下降沿脈衝指示燈、暫停指示燈、脈衝輸出指示燈。主控晶片是可攜式脈衝發生器的核心部分，本發明所有的控制部分和脈衝輸出操作都由該高速邏輯器件來完成。本實施例中採用EPM240T10015可編程邏輯控制晶片作為主控晶片，EPM240T10015可編程邏輯控制晶片設計上外圍電路少、抗幹擾能力強、可實現多種不同規格的數字脈衝波形(方波、脈衝、正弦波)，滿足不同遙信檢測設備的需求。由於EPM240T10015晶片內部採用了多級抗幹擾處理，在加上本發明在外部電路上又做了脈衝輸出隔離電路(主要包括tvs管和光I禹繼電器輸出隔離)使抗電磁幹擾能力遠大於一般普通脈衝輸出器產品，減少了在EMC實驗中因靜電、雷擊浪湧，脈衝群幹擾引起的燒毀EPM240T10015晶片問題。本發明中EPM240T10015可編程邏輯控制晶片4路並行輸出減少了主控晶片IO 口的佔用，為以後擴展其他功能和減少外圍電路設計提供了可能。主控晶片產生的每一路脈衝寬度最小為80mS±20mS，5V上升沿脈衝或下降沿脈衝，輸出脈衝信號在時間上同步觸發脈衝，不會因為延時造成其中一路脈衝輸出個數少於其他幾路脈衝個數。圖2所示為顯示電路的原理圖，顯示電路由多個段碼控制電路、LED數碼管電路和LED位段控制迴路組成。如圖3所示，段碼控制電路由主控晶片IO 口 DA出來的信號通過 Rl到NI基極放大控制信號，間隔控制數碼管陰極電路，顯示相應的數碼段信息。如圖4所示，LED數碼管電路中R9-R12和R29-32為限流電阻，使LED段位工作穩定不會出現斷碼和顯示不清晰現象，同時起保證顯示亮度一致，提高LED數碼管的使用壽命。如圖5所示，LED位段控制迴路通過N9基極放大，為LED數碼段提供工作電流。圖6所示為按鍵控制電路的原理圖，其中SWl為「啟動」鍵，SW2為「暫停」鍵，SW3為「左移」鍵，SW4為「右移」鍵，SW5為「脈衝類型選擇」鍵，SW6為「 +，，鍵，SW7為「-，，鍵，SW8為「電平切換」鍵，每個按鍵都有硬體防抖處理，操作不易出現誤動作。圖7所示為脈衝輸出隔離電路和脈衝輸出電路的原理圖，圖中Ul控制輸出信號IO 口 76-78和80腳輸出觸發信號至由N14、R74、R78組成的放大迴路與外部控制輸出通過U2-U5進行電氣隔離，保護內部核心電路更可靠穩定工作，接口增加TVS器件Z1-Z4保護，增加抗幹擾能力，來實現脈衝輸出過程。圖8所示為電源電路的原理圖，電源電路包括USB接口和DC輸入接口，即支持兩種電源工作模，USB (包括被測設備上自帶有USB接口的硬體上取電)和外部DC供電通過D4-D5穩壓管輸出，使用起來更快捷方便。本實施例中採用高性能LDO電源晶片AICl 117-33，通過USB或DC供電，有外部幾個濾波電容組成濾波電路，為主控晶片Ul提供穩定的工作電源。DC-DC隔離電源模塊U7，與外接脈衝輸出電路連接完全電氣隔離，保護核心器件，使設備脈衝輸出工作更穩定。本發明所述可攜式脈衝信號發生器的工作過程如下可攜式脈衝發生器通過外接USB或電壓轉化器提供工作電源，在產品正常工作狀態下，邏輯編程控制晶片工作，此時產品上的電源指示燈點亮表示產品可以輸出脈衝狀態；在產品上有7個按鍵分別表示脈衝上升沿和下降沿選擇、啟動按鍵、暫停按鍵、左右移動按鍵和加減按鍵，4個發光LED指示燈分別表示電源指示燈、上升沿脈衝和下降沿脈衝指示燈、暫停指示燈、脈衝輸出指示燈；數碼管顯示是有一個5位數值顯示(從左至右分別表示萬、千、百、十、個位)的數碼管組成表示最大脈衝個數範圍在0-99999之間可以認為選擇(以倒計數方式輸出脈衝)。可編程邏輯控制晶片程序是通過人為編寫程序燒錄進去執行的，具體脈衝寬度和脈衝頻率範圍也是通過程序控制。在實際使用過程中，如果需要上升沿脈衝或下降沿脈衝可以通過選擇左邊按鍵去選擇、通過按鍵下面第一個指示燈亮、熄滅來觀察選擇的脈衝方式，當用戶或測試人員需要設置脈衝個數的時候，就通過主界面上的6個按鍵來設置；如需要設置11111個脈衝輸出，就通過左右移動按鍵來實現、在移動左右鍵的同時需要觀察數碼管下面的小數點來判斷當前設置在第幾位狀態，在初始狀態下全為OOOOO時候是從左至右開始設置的，當人為設置需要設置11111是就通過右邊的加減按鍵來實現，在設置好第一位I後，在通過左右按鍵移動到第2位數碼管位置，也是通過加減按鍵對第二位數碼設置為1，第三、四、五位按同樣的方法都是通過左右按鍵移動和加減按鍵來設置後面的111，當設置完成後數碼管顯示就為11111 ;在保證外面接的用電管理終端產品系列端子接線正確的情況下就可以按下啟動按鍵執行脈衝輸出，如中途需要停止，就可以通過按下暫停按鍵暫停脈衝輸出，當需要再次接上次脈衝繼續輸出時候就按下暫停按鍵脈衝就繼續上次倒計數狀態下繼續輸出。在脈衝輸出端注意脈衝「+」 極性需要和用電管理終端極型一致；脈衝輸出部分那裡是通過DC/DC 5V隔離電壓輸出到光耦輸入端，保證輸出脈衝電平穩定，也防止外部幹擾信號串擾進入到邏輯控制電路，對主控邏輯控制晶片造成損壞。該產品輸出的是一組數字方波信號，波形電平為±5V，波形脈衝寬度為80ms至1000ms±20ms，頻率範圍為5HZ-20HZ範圍內；符合電能表輸出脈衝信號工作要求。 以上所述為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所作的等同變化，皆應屬本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種可攜式脈衝信號發生器，其特徵在於，包括外殼，以及設置在外殼內雙面貼片的PCB電路板，所述PCB電路板上設置有 一電源電路，用於為主控晶片提供工作電壓； 一按鍵控制電路，用於接收外部輸入的控制指令和脈衝個數，並輸出至主控晶片； 一顯示電路，用於顯示按鍵控制電路輸入的脈衝個數； 一脈衝輸出隔離電路，串接在主控晶片與脈衝輸出電路之間，用於隔離主控晶片與脈衝輸出電路； 一脈衝輸出電路，用於與外部的用電管理終端的多個接線端子相連，向用電管理終端輸出多路脈衝信號； 一主控晶片，用於根據按鍵控制電路接收的控制指令和脈衝個數，產生多路正負5V電平脈衝信號；並通過脈衝輸出隔離電路和脈衝輸出電路輸出所述脈衝信號； 電源電路、按鍵控制電路、顯示電路和脈衝輸出隔離電路均與主控晶片電連接。
2.根據權利要求I所述的可攜式脈衝信號發生器，其特徵在於，所述可攜式脈衝信號發生器還包括一指示燈電路，所述指示燈電路包括4個LED燈及其外圍電路。
3.根據權利要求I所述的可攜式脈衝信號發生器，其特徵在於，所述主控晶片為EPM240T10015可編程邏輯控制晶片。
4.根據權利要求I所述的可攜式脈衝信號發生器，其特徵在於，所述電源電路包括USB接口和DC輸入接口。
全文摘要
本發明提供了一種可攜式脈衝信號發生器，包括外殼，以及設置在外殼內雙面貼片的PCB電路板，所述PCB電路板上設置有主控晶片，以及與主控晶片相連的電源電路、按鍵控制電路、顯示電路和脈衝輸出隔離電路，脈衝輸出隔離電路與脈衝輸出電路相連。本發明所述的可攜式脈衝信號發生器能夠提供穩定的正負(上升沿和下降沿)5V電平信號脈衝輸出；操作簡單、實用；電路簡單，成本較低；採用兩面PCB貼片設計，體積小，便於攜帶；受磁場、環境溫度等影響小，工作穩定、可靠；可通過靜電和雷擊浪湧等實驗要求；提供兩種電源接口，方便在室外沒有市電的環境下通過筆記本電腦USB接口提供電源工作和被檢測設備同步工作，大大提高了在野外設備檢測工作效率。
文檔編號H03K3/02GK102832909SQ20121033246
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者謝奎 申請人:浙江晨泰科技股份有限公司