现今各种测试仪器广泛应用于科研、学习之中,但大部分仪器因功能固定、体积较大、成本较高限制了它们的使用,只能在实验室等固定地点使用。本文研究的系统可编程测试仪器,基于赛普拉斯公司的PSoC 5LP可编程片上系统,利用其电路硬件可编程的特点,设计一个集多种测量功能于一体的可编程测试仪器。测试仪器包括数字多用表、信号发生器、数字示波器等功能,并可进一步扩展。本文首先根据实际需求,确定了仪器功能及主要技术指标,之后选定了PSoC 5LP软硬件平台来构建系统框架,设计了本测试仪器所使用的硬件电路板。接着根据各类仪器的工作原理,结合市场上的单一功能仪器的实现方案,对在PSoC 5LP平台上的设计实现,主要从电路设计方面进行了研究。主要的内容包括:1.硬件开发板的设计。设计了一套完整的适用于本测试仪器的PSoC 5LP开发板套件,含一块母板和一块数字外设子板,电路功能包括编程/调试器、PSoC 5LP基本系统、扩展的供电系统、通信电路、人机接口、多功能可配置模拟外设等。采用四层板进行了PCB设计,布局布线保证模拟电路部分的性能指标,并对电路进行了容错设计。2.数字多用表的设计,实现直流、交流信号的电压、电流,以及电阻的测量。利用开发板可编程的特点,通过可编程增益放大器控制被测信号幅度,即调节量程,使其与模数转换器的输入范围匹配;构建精密整流电路,将交流信号转换为直流信号后再进行测量;使用DAC将电阻转换为电压测量,并实现电阻测量的量程控制。3.信号发生器的设计。使用PSoC 5LP片内运算放大器及外接的阻容元件等构建正弦波、方波、三角波发生器;采用直接数字频率合成(DDS)的原理,软硬件协同实现任意波形发生器,无需更改硬件电路即可实现多种波形的生成。4.数字示波器的设计,对虚拟示波器和独立示波器进行了研究。在开发板中进行信号的采样,并将模数转换后的数据通过USB通信接口传输给PC机,PC机端使用VC、CySuiteUSB开发应用程序进行虚拟示波器的波形显示等各种功能;独立示波器则在完全在开发板中完成波形的采集和存储、触发与时基、波形的处理以及在图形LCD上的显示。5.μC/OS-III嵌入式实时操作系统在PSoC 5LP上的移植实现。为后续本测试仪器在实时性、可靠性、模块化、可维护、可升级等方面提供基础。本文所研究实现的测试仪器,包括电路拓扑在内的软硬件具有高度的可编程性,通过编程切换,能够在同一硬件平台上实现多种不同的仪器功能,并且成本、体积、功耗均不高,适合于对频率需求不太高的测试测量场合。