一种适用于开发板的电路信号测量系统及方法与流程

1.本发明涉及信号测量技术领域，特别是一种适用于开发板的电路信号测量系统及方法。


背景技术：

2.开发板(demo board)是用来进行嵌入式系统开发的电路板，包括中央处理器、存储器、输入设备、输出设备、数据通路/总线和外部资源接口等一系列硬件组件。
3.开发板一般由嵌入式系统开发者根据开发需求自己订制，也可由用户自行研究设计。开发板是为初学者了解和学习系统的硬件和软件，同时部分开发板也提供基础集成开发环境和软件源代码和硬件原理图等。常见的开发板有mcu、arm、fpga、dsp开发板。
4.在开发板使用过程中，通常需要使用示波器对开发板上电子信号进行测试与测量。以验证所设计的电路或编写的程序是否符合预期。
5.示波器探头是示波器外部的电路器件，其作用是从被测电路中探测信号，当探头接入被测电路后，探头会成为测试电路的一部分，而探头和示波器相连接，探头又会成为示波器测量系统的一部分。
6.用户在使用开发板的过程中，通常需要使用外置的示波器对开发板上的电路信号进行测量。在测量时使用示波器探头接入开发板上的被测信号，在该信号的接入过程中。由于用户的非专业性，容易将示波器探头跨接在多个电路信号节点上，造成短路。由此导致开发板损坏。极大的降低了开发板的使用寿命。
7.开发板通常是一块电路板，如果使用于学校实验室，通常是每个学生都会分配一块板卡。在使用过程中，由于学生的非专业性，开发板容易遭受人为的水泼溅、外力破坏。同时出于防尘、美观性的考虑，通常会在电路板之上再加装一层亚克力玻璃。由于亚克力玻璃遮罩于电路板表面，学生在使用开发板时无法使用外置的示波器探头对电路板的电子信号进行测量。或需要拆除掉亚克力玻璃板后才能进行测量，极为不便。
8.用户在使用开发板的过程中，通常会遇到没有示波器的场合，比如在户外作业时。用户在使用示波器对开发板的电子信号进行测量的过程中，需要翻阅原理图和pcb图，极其不便。此时用户迫切需要集成了信号测量功能并且预制了测量信号选项的开发板。


技术实现要素：

9.鉴于此，本发明提供一种适用于开发板的电路信号测量系统及方法，以解决上述技术问题。
10.本发明公开了一种适用于开发板的电路信号测量系统，其由开发板和信号测量模块构成；所述开发板和所述信号测量模块可拆卸连接，且相对独立；
11.当所述开发板和所述信号测量模块电连接时，所述信号测量模块用于对所述开发板产生的被测量信号进行测量；
12.当所述信号测量模块单独使用时，所述信号测量模块用于对其输入的被测量信号
进行测量。
13.进一步地，所述开发板由电源输入接口、第一电源连接器、主控芯片、外设模块、信号缓冲器、第一信号连接器构成；
14.所述主控芯片分别与所述外设模块和所述信号缓冲器连接；所述信号缓冲器通过所述第一信号连接器与所述信号测量模块连接；
15.所述电源输入接口与所述第一电源连接器之间形成电源通路；
16.所述主控芯片用于产生驱动信号以驱动外设模块；其中，所述驱动信号为被测量信号；
17.所述信号缓冲器用于驱动信号的阻抗变换，并输出开发板采样信号。
18.进一步地，所述信号测量模块由第二信号连接器、模拟开关、模拟前端、触发模块、模数转换模块、存储模块、控制模块、显示模块构成；
19.所述第二信号连接器通过所述模拟开关与所述模拟前端连接；所述模拟前端通过所述模拟转换器与所述存储模块连接；所述存储模块通过所述控制模块与所述显示模块连接；所述模拟前端通过所述触发模块与所述控制模块连接；
20.所述模拟开关与所述模拟前端之间形成模拟信号通路；所述模数转换器与所述存储模块之间形成数字信号通路；
21.所述第二信号连接器与所述第一信号连接器连接，用于获取所述开发板采样信号；
22.所述控制模块，用于当用户在显示模块上选择被测量信号时，输出控制信号，控制模拟开关进行信道切换，将开发板采样信号通路中的信号导通到模拟信号通路。
23.进一步地，所述信号测量模块还包括第二电源连接器和第二信号连接器；
24.所述信号测量模块通过所述第二电源连接器与所述开发板的第一电源连接器连接；
25.所述信号测量模块通过所述第二信号连接器与所述开发板的第一信号连接器连接。
26.进一步地，所述信号测量模块还包括探头；所述探头与所述模拟开关之间形成探头信号通路；
27.当所述信号测量模块需要被独立使用时，所述探头用于接收输入的被测量信号；
28.当用户在显示模块的触摸屏上选择探头信号通路中的被测量信号时，所述控制模块用于在接收到此选择请求后，输出控制信号，以控制所述模拟开关进行信道切换，将探头信号通路中的被测量信号导通到模拟信号通路。
29.进一步地，所述模拟前端主要由衰减器和放大器组成，用于将开发板采样信号调节至所需的幅度后，然后将其输入至所述模数转换器；
30.所述模数转化器，用于将开发板采样信号转换为数字信号，并将数字信号依次输入至所述存储模块、所述控制模块和所述显示模块；
31.所述显示模块，用于对接收到的数字信号的波形进行显示；
32.所述触发模块，用于当接收的所述模拟前端输出的信号波形满足预设触发事件后，通过触发信号告知所述控制模块，所述控制模块用于将触发事件发生时刻设定为初始时刻并计算之后采样点的时间，最终显示在屏幕上。
33.本发明公开了一种适用于开发板的电路信号测量方法，适用于上述所述的适用于开发板的电路信号测量系统，所述方法包括以下步骤：
34.步骤1：用户从显示模块的显示屏上选择所需的待测量信号；所述待测量信号为主控芯片控制外设模块的驱动信号或直接从探头输入的信号；
35.步骤2：控制模块在接收到用户在显示屏上的选择后，输出控制信号，控制模拟开关进行信道切换，将被测量信号导通到模拟信号通路；
36.步骤3：模拟前端将模拟信号通路中的被测量信号依次传输至模数转换器、存储模块、控制模块和显示模块，最终在显示模块上显示被测量信号的波形。
37.进一步地，所述步骤1包括：
38.用户对主控芯片进行程序开发与调试，输出驱动信号对外设模块进行驱动；当用户需要对开发板上的驱动信号进行测量时，在显示模块的触摸屏上选择开发板采样信号通路中的信号；
39.当信号测量模块需要被独立使用时，在断电状态下，将开发板与信号测量模块分离，信号测量模块使用独立电源输入进行供电，在显示模块的触摸屏上选择探头信号通路中的信号。
40.进一步地，所述步骤3包括：
41.所述模数转换器对所述模拟前端输出的待测量信号进行采样，将采样后的待测量信号的波形转化为数字信号；
42.所述存储模块对数字信号进行缓存；
43.所述控制模块根据触发信号从存储模块中读取数字信号数据，驱动显示模块的显示屏，将数字信号的波形呈现在显示屏上。
44.进一步地，还包括：
45.当模拟前端输入至触发模块的信号波形满足预设触发事件后，通过触发信号告知控制模块，控制模块将触发事件发生时刻设定为初始时刻，并计算之后采样点的时间，最终显示在显示模块上。
46.由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
47.本发明使得在不拆除开发板亚克力玻璃板遮罩的情况下，也可以对开发板上的关键电子信号进行测量。开发板由于未脱离亚克力玻璃板的保护，其可靠性得到了极大的提升，提升了开发板的使用寿命。
48.本发明解决了用户在无示波器场合的开发板信号测量问题。并且预制了测量信号选项，通过简单的点选，即可选中关键电子信号进行测量，提升了开发和测量的效率。
附图说明
49.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
50.图1为本发明实施例的一种适用于开发板的电路信号测量系统示意图。
具体实施方式
51.结合附图和实施例对本发明作进一步说明，显然，所描述的实施例仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明实施例保护的范围。
52.本发明中的信号指的是电子信号，即随时间变化的电压或电流。可以是模拟信号也可以是数字信号。电子信号会以波形的形式呈现。波形的基本特性包括：幅度、相移、周期、频率。
53.波形是指波的形状或图像。波形可以提供许多有关信号的信息，例如，它可以告诉您电压是否突然发生改变、呈线性变化或保持不变。
54.参见图1，本发明提供了一种适用于开发板的电路信号测量系统的实施例，其由开发板和信号测量模块两部分构成。
55.开发板和型号测量模块两部分电路相对独立，可设计于同一块电路板上；也可以分别设计2块电路板，然后通过接插件进行连接。当设计为2块电路板时信号测量模块是可以拆卸的，当信号测量模块拆卸下来后也可以用于其他电子设备信号波形的测试测量。
56.开发板：由电源输入接口、第一电源连接器、主控芯片、外设、信号缓冲器、第一信号连接器构成。
57.电源输入接口：用以接入开发板及信号测量模块所需电源。
58.第一电源连接器：用以向信号测量模块输出电源。
59.主控芯片：主控芯片可以是mcu、arm、fpga、dsp、gpu等芯片型号，主控芯片通过驱动信号对外设模块进行控制。在本发明中，驱动信号所具备的特性是：其信号数量、信号波形、信号方向根据外设类型确定。
60.外设模块：开发板上被主控芯片所控制的功能模块，比如led灯、显示屏、hdmi发送器、音频芯片等。
61.信号缓冲器：用于驱动信号的阻抗变换，其输入信号是外设模块的驱动信号，并且该驱动信号是有测量需求的信号。其输出信号是开发板采样信号，通过第一信号连接器输出到信号测量模块。通常使用电压跟随器来组成信号缓冲器，其具备的特性包括：
62.应具备较高的输入阻抗，并且其输入管脚应该位于驱动信号的路径之上，尽量不形成t型网络，否则会对驱动信号造成干扰，影响外设模块功能的运行。
63.应具备较低的输出阻抗。
64.其电压跟随范围应该完全包含输入信号的电压波动范围。
65.其带宽应该足够大，能够满足测量需求。
66.第一信号连接器：将开发板上采样信号输出到信号测量模块，第一信号连接器应具备的特征是：具备足够小的插损。
67.信号测量模块，由第二电源连接器、第二信号连接器、探头输入、模拟开关、模拟前端、触发模块、模数转换模块、存储模块、控制模块、显示模块构成。信号测量模块应具备的特征包括：可测量第二信号连接器输入的电子信号波形，亦可测量探头输入的电子信号波形。
68.第二电源连接器：与开发板的第一电源连接器连接，从开发板获取信号测量模块运行所需电能。
69.第二信号连接器：与开发板的第一信号连接器连接，获取开发板的采样信号，第二信号连接器应具备的特征是：具备足够小的插损。
70.探头输入：测量探头的信号输入，其物理形态可采用bnc、sma，用于外接测量探头。
71.模拟开关：其输入开发板采样信号和探头信号，其输出是模拟信号通路。模拟开关应该具备的特性包括：
72.其输入为开发板采样信号通路和探头信号通路，这两个通路所包含的信号数量可以是一个或多个。故模拟开关所支持的输入信号数量应大于等于以上信号之和。
73.模拟开关被控制模块所控制，选择进入模拟前端的信号。
74.其导通电阻应尽可能低。
75.其允许通过的模拟信号的电压范围应该完全包含输入信号的电压波动范围。
76.模拟前端：主要由衰减器和放大器组成，经过模拟前端后，信号被调节到合适的幅度，可以较为理想被adc进行模数转换。
77.模数转换器：对输入信号进行采样，将输入波形转化成数字信号。
78.存储模块：用于缓存模数转换器输出的数字信号数据。
79.触发模块：当输入信号波形满足预设的触发事件后，会通过触发信号告知控制模块，控制模块将触发事件发生的时刻设定为初始时刻计算接下来采样点的时间，最终显示在屏幕上。
80.控制模块：用于整个测量系统的控制，其应具备的特性如下：
81.能够根据用户在触摸屏上的选择，对模拟开关的通路切换进行控制；
82.根据触发信号从存储模块中读取数字信号数据；
83.驱动显示屏，将数字信号波形，呈现在显示屏上。
84.显示模块：具备显示和触摸功能，其应具备的特性如下：
85.用于显示被测信号的波形，同时具备示波器所具备的常规特性，比如触发设置、电压增益控制、水平扫描时间控制等。
86.用于与用户的gui交互功能，用户可以通过屏幕触摸操作对被测信号通路进行选择，可以选择开发板采样信号通路中的信号，也可以选择为探头信号通路的信号。
87.本发明提供了一种适用于开发板的电路信号测量方法的实施例，其具体实施步骤包括：
88.在设计开发板时对需要测量的驱动信号进行确定，比如外设模块的i2c信号、spi信号、电源信号等。
89.按照本发明中所述的方案进行电路设计和实现，使得开发板上的驱动信号通过信号缓冲器后引入到信号测量模块。
90.具体测量时，将开发板和信号测量模块通过接插件进行连接并且通电。
91.用户对主控芯片进行程序开发与调试，输出驱动信号对外设模块进行驱动。
92.当用户需要对开发板上驱动信号进行测量时，在显示模块的触摸屏上选择开发板采样信号通路中的信号。控制模块在接收到此请求后，输出控制信号，控制模拟开关进行信道切换，将开发板采用信号通路中的信号导通到模拟信号通路。
93.开发板上的驱动信号经过信号缓冲器、第一信号连接器、模拟开关、模拟前端；然后经由模数转换器转换为数字信号；再经过存储模块、控制模块，最终其波形显示在显示模
块上。
94.当信号测量模块需要被独立使用时，在断电状态下将开发板与信号测量模块分离。信号测量模块使用独立电源输入进行供电。
95.在显示模块的触摸屏上选择探头信号通路中的信号。控制模块在接收到此请求后，输出控制信号，控制模拟开关进行信道切换，将探头信号通路中的信号导通到模拟信号链路。
96.用户使用探头接入被测信号，此信号经过模拟开关、模拟前端；然后经由模数转换器转换为数字信号；再经过存储模块、控制模块，最终其波形显示在显示模块上。
97.本发明可对开发板上的电子信号进行测量，通过信号缓冲器对开发板上的驱动信号进行阻抗变换。通过触摸屏的用户选择，控制模块控制模拟开关的切换，可以方便的选择被测信号进行测量。同时信号测量模块是可拆卸的，当不需要使用信号测量功能时，该模块可不予配备，降低硬件成本。
98.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于开发板的电路信号测量系统，其特征在于，由开发板和信号测量模块构成；所述开发板和所述信号测量模块可拆卸连接，且相对独立；当所述开发板和所述信号测量模块电连接时，所述信号测量模块用于对所述开发板产生的被测量信号进行测量；当所述信号测量模块单独使用时，所述信号测量模块用于对其输入的被测量信号进行测量。2.根据权利要求1所述的适用于开发板的电路信号测量系统，其特征在于，所述开发板由电源输入接口、第一电源连接器、主控芯片、外设模块、信号缓冲器、第一信号连接器构成；所述主控芯片分别与所述外设模块和所述信号缓冲器连接；所述信号缓冲器通过所述第一信号连接器与所述信号测量模块连接；所述电源输入接口与所述第一电源连接器之间形成电源通路；所述主控芯片用于产生驱动信号以驱动外设模块；其中，所述驱动信号为被测量信号；所述信号缓冲器用于驱动信号的阻抗变换，并输出开发板采样信号。3.根据权利要求2所述的适用于开发板的电路信号测量系统，其特征在于，所述信号测量模块由第二信号连接器、模拟开关、模拟前端、触发模块、模数转换模块、存储模块、控制模块、显示模块构成；所述第二信号连接器通过所述模拟开关与所述模拟前端连接；所述模拟前端通过所述模拟转换器与所述存储模块连接；所述存储模块通过所述控制模块与所述显示模块连接；所述模拟前端通过所述触发模块与所述控制模块连接；所述模拟开关与所述模拟前端之间形成模拟信号通路；所述模数转换器与所述存储模块之间形成数字信号通路；所述第二信号连接器与所述第一信号连接器连接，用于获取所述开发板采样信号；所述控制模块，用于当用户在显示模块上选择被测量信号时，输出控制信号，控制模拟开关进行信道切换，将开发板采样信号通路中的信号导通到模拟信号通路。4.根据权利要求3所述的适用于开发板的电路信号测量系统，其特征在于，所述信号测量模块还包括第二电源连接器和第二信号连接器；所述信号测量模块通过所述第二电源连接器与所述开发板的第一电源连接器连接；所述信号测量模块通过所述第二信号连接器与所述开发板的第一信号连接器连接。5.根据权利要求3所述的适用于开发板的电路信号测量系统，其特征在于，所述信号测量模块还包括探头；所述探头与所述模拟开关之间形成探头信号通路；当所述信号测量模块需要被独立使用时，所述探头用于接收输入的被测量信号；当用户在显示模块的触摸屏上选择探头信号通路中的被测量信号时，所述控制模块用于在接收到此选择请求后，输出控制信号，以控制所述模拟开关进行信道切换，将探头信号通路中的被测量信号导通到模拟信号通路。6.根据权利要求3或5所述的适用于开发板的电路信号测量系统，其特征在于，所述模拟前端主要由衰减器和放大器组成，用于将开发板采样信号调节至所需的幅度后，然后将其输入至所述模数转换器；所述模数转化器，用于将开发板采样信号转换为数字信号，并将数字信号依次输入至
所述存储模块、所述控制模块和所述显示模块；所述显示模块，用于对接收到的数字信号的波形进行显示；所述触发模块，用于当接收的所述模拟前端输出的信号波形满足预设触发事件后，通过触发信号告知所述控制模块，所述控制模块用于将触发事件发生时刻设定为初始时刻并计算之后采样点的时间，最终显示在屏幕上。7.一种适用于开发板的电路信号测量方法，适用于权利要求1至6任一项所述的适用于开发板的电路信号测量系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1：用户从显示模块的显示屏上选择所需的待测量信号；所述待测量信号为主控芯片控制外设模块的驱动信号或直接从探头输入的信号；步骤2：控制模块在接收到用户在显示屏上的选择后，输出控制信号，控制模拟开关进行信道切换，将被测量信号导通到模拟信号通路；步骤3：模拟前端将模拟信号通路中的被测量信号依次传输至模数转换器、存储模块、控制模块和显示模块，最终在显示模块上显示被测量信号的波形。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：用户对主控芯片进行程序开发与调试，输出驱动信号对外设模块进行驱动；当用户需要对开发板上的驱动信号进行测量时，在显示模块的触摸屏上选择开发板采样信号通路中的信号；当信号测量模块需要被独立使用时，在断电状态下，将开发板与信号测量模块分离，信号测量模块使用独立电源输入进行供电，在显示模块的触摸屏上选择探头信号通路中的信号。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：所述模数转换器对所述模拟前端输出的待测量信号进行采样，将采样后的待测量信号的波形转化为数字信号；所述存储模块对数字信号进行缓存；所述控制模块根据触发信号从存储模块中读取数字信号数据，驱动显示模块的显示屏，将数字信号的波形呈现在显示屏上。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：当模拟前端输入至触发模块的信号波形满足预设触发事件后，通过触发信号告知控制模块，控制模块将触发事件发生时刻设定为初始时刻，并计算之后采样点的时间，最终显示在显示模块上。

技术总结
本发明公开了一种适用于开发板的电路信号测量系统及方法，所述电路信号测量系统由开发板和信号测量模块构成；所述开发板和所述信号测量模块可拆卸连接，且相对独立；当所述开发板和所述信号测量模块电连接时，所述信号测量模块用于对所述开发板产生的被测量信号进行测量；当所述信号测量模块单独使用时，所述信号测量模块用于对其输入的被测量信号进行测量。本发明能够在不拆除开发板亚克力玻璃板遮罩的情况下，对开发板上的关键电子信号进行测量；开发板由于未脱离亚克力玻璃板的保护，其可靠性得到了极大的提升，提升了开发板的使用寿命。用寿命。用寿命。


技术研发人员：高培 田亮 彭诗翰 黄超 万毅 梅峻峰 周越松
受保护的技术使用者：重庆海云捷迅科技有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/21