利用单片机和FPGA器件实现等效和实时采样方式的数字示波器设计
2007年全国大学生电子设计竞赛一等奖作品——数字示波器
2007年全国大学生电子设计竞赛一等奖作品——数字示波器发布时间: 2007-11-27 20:28:37作者:责任编辑:数字示波器作者：黄霖宇、陈鹍、侯碧波一等奖作品摘要本数字示波器以单片机和FPGA为核心，对采样方式的选择和等效采样技术的实现进行了重点设计，使作品不仅具有实时采样方式，而且采用随机等效采样技术实现了利用实时采样速率为1MHz的ADC进行最大200MHz的等效采样。
同时系统还具有可测2mV小信号、波形存储回放、测频、触发沿选择、校准信号输出等功能。
AbstractThis digital oscilloscope takes a MCU and FPGA as the core .We made emphases on the choice of the sampling methods and the implement of equivalent sampling, as a result, our design not only has the real-time sampling mode but also can reach the highest equivalent sample rate of 200 MHz using the real-time sample rate of 1 MHz, by way of random equivalent sampling. At the same time, this system has many other functions, such as 2mV small-signal measuring, storage andre-display of waveform, measuring frequency, selective trigger edge , output of thecorrection signal and so on.一、总体方案设计1．方案比较与选择仔细分析题目要求，以实时采样速率为1MHz的ADC实现最大200MHz的等效采样，是本题的最大难点，也是设计的重点之一。
相位测量仪报告
相位测量仪摘要：本设计以单片机和可编程逻辑器件FPGA为控制核心，实现数字信号的产生、逻辑信号的采集和示波器的显示。
系统主要由三个模块组成:信号发生，数据采集与波形显示。
本设计经过单片机产生逻辑信号，利用FPGA作为数据处理器和DAC控制器，能准确、清晰的在模拟示波器上显示出逻辑波形、触发标记、光标。
利用键盘输入和液晶显示，能实现逻辑预设和触发模式设置。
经验证，本方案完成了全部基本功能和扩展功能。
关键词：逻辑分析仪可编程逻辑器件单片机Abstract:The design of the microcontroller and FPGA programmable logic devices for the control of the core, digital signal generation, logic signal acquisition and oscilloscope display. System consists of three modules: signal, data acquisition and waveform display. After the microcontroller generates the logic signal design , as a data processor using FPGA and DAC controllers , accurate, clearly shows the logic waveforms. The use of keyboard and LCD display , and to achieve pre-trigger mode logic. Proven, the program completed all the basic features and extensions. Keywords:logical link control Programmable logic devices MCU一、方案设计与论证1、数字式移相信号发生器方案一：采用FPGA实现DDS直接频率合成技术。
基于单片机简易数字存储示波器
摘要随着计算机技术的发展，数字示波器也得到飞速发展，并给电子测量领域带来巨大变化，它能直接测量信号的幅度、频率等许多基本参数，不仅具有基本的波形显示功能，而且具有相当强的数据处理能力。
数字化测量仪器正越来越多地位用于电子、自动化、机械等各个领域。
比起模拟设备，数字化仪器有许多优点，如抗干扰能力强，数字化后的信号便于存储及输入计算机处理等。
本文详细介绍了一种以单片机和可编程逻辑器件为控制核心，用D/A,A/D 芯片和运放进行前置信号处理和数据采集，以液晶显示模块为终端显示设备的设计方案，并分析了该方案的优缺点，同时给出了硬件和软件设计的结构及思路。
关键词：数字存储示波器，单片机，可编程逻辑器件，液晶AbstractWith the development of computer technology, digital oscilloscope has been rapid development of electronic measurement and to bring about great changes in the field, it has a direct measurement of the signal range, frequency and many other basic parameters, not only has the basic waveform display function, but with a very strong data-handling capacity. Digital measuring instruments are increasingly being used to position electronic, automation, mechanical and other areas. Compared with analog equipment, digital equipment has many advantages, such as anti-interference capability, Digital signal facilitate the importation of computer storage and handling.This paper describes a microprocessor and programmable logic devices for the control of the core, with parallel connectors, etc, D chip and analog switches front signal processing and data collection, a liquid crystal display module for the terminal display device design, and analysis of the advantages and disadvantages of the program. also given pieces of hardware and less on the structure and design ideas.Keywords : Digital Storage Oscilloscope, microcontroller, programmable logic devices, liquid crystal目录第一章方案选择和确定 (4)1.1方案选择 (4)1.1.1控制器选择 (4)1.1.2数据采集 (4)1.1.3数据存储器 (5)1.1.4 幅度控制 (5)1.1.5 显示 (6)1.2方案确定 (6)第二章硬件设计 (8)2．1前级信号处理模块 (8)2.1.1 TLC7528芯片介绍 (8)2.1.2程控衰减 (9)2.1.3 放大电路 (10)2.2数据采集电路 (12)2.2.1 TLC5510介绍 (12)2.2.2数据采集电路 (15)2.3触发电路设计 (15)2.3.1触发电路作用 (15)2.3.2触发电路原理图 (16)2.4存储控制及数据处理电路 (17)2.4.1 AT89C52的简介 (17)2.4.2 EPM7128SLS84-15介绍 (18)2.4.3存储控制及数据处理电路 (21)2.5显示电路设计 (23)2.5.1 JRM19264A 介绍 (23)2.5.2 液晶驱动电路 (26)第三章软件设计 (27)3.1主程序 (27)3.2 显示程序 (28)3.2.1液晶驱动程序 (28)3.2.2波形绘制程序 (29)3.3信号采集及存储程序 (30)3.4键扫程序 (31)第四章调试 (32)4.1软件调试 (32)4.2硬件调试 (33)4.3实测波形 (33)结束语 (35)1设计体会 (35)2谢辞 (35)参考文献 (36)附录 (37)毕业设计任务书一、任务设计并制作一台简易数字存储示波器，示意图如下。
基于fpga的adc采样控制电路设计
基于fpga的adc采样控制电路设计FPGA（现场可编程门阵列）是一种高度可编程的数字电路设计工具，可用于实现各种应用。
ADC（模拟数字转换器）是一种电子设备，用于将模拟信号转换为数字信号。
在本文中，我们将设计一个基于FPGA的ADC采样控制电路。
首先，我们需要选择一个合适的ADC芯片，以满足我们的需求。
ADC芯片通常具有不同的分辨率（以位为单位）和采样速率（以样本/秒为单位）。
选择适当的芯片将取决于被测信号的频率范围和精度要求。
一旦我们选择了ADC芯片，我们可以开始设计采样控制电路。
ADC采样控制电路的主要任务是控制ADC芯片的采样频率和采样精度。
首先，我们需要使用FPGA来生成一个时序信号，用于控制ADC芯片的采样。
此时序信号应具有适当的频率，以保证ADC芯片的采样和转换过程正常运行。
然后，我们需要将ADC芯片的采样结果传递给FPGA。
为此，我们可以使用串行通信接口（如SPI或I2C），在ADC芯片和FPGA之间建立一个数据通道。
通过该通道，ADC芯片的采样结果将传输到FPGA中进行后续处理。
一旦ADC芯片的采样结果进入FPGA，我们可以进行进一步的数字信号处理。
我们可以使用FPGA内部的逻辑电路和存储器来实现数字滤波、数字滤波等功能。
这些功能可以根据特定应用的需求进行定制。
最后，我们可以将FPGA处理后的数字信号输出到外部设备（如计算机）或其他电路中。
这些输出信号可以用于进一步分析、控制或存储。
总之，基于FPGA的ADC采样控制电路是一种常见的电路设计方法，可用于实现各种实时信号处理和控制应用。
通过适当选择ADC芯片和设计有效的采样控制电路，我们可以在FPGA上实现高性能、低功耗的ADC系统。
这种设计方法具有灵活性和可扩展性，适用于各种应用领域，如通信、医疗、工业控制等。
fpga 示波器 算法
fpga 示波器算法
FPGA（现场可编程门阵列）示波器算法是指基于FPGA平台，实现对波形的采集、显示和分析的算法。
下面是一种基于FPGA的数字示波器频率计算方式：
常用的频率测量方法有两种：周期测量法和频率测量法。
周期测量法是先测量出被测信号的周期T，然后根据频率f=1/T求出被测信号的频率。
频率测量法是在时间t内对被测信号的脉冲数N进行计数，然后求出单位时间内的脉冲数，即为被测信号的频率。
等精度测量的一个最大特点是测量的实际门控时间不是一个固定值，而是一个与被测信号有关的值，刚好是被测信号的整数倍。
在计数允许时间内，同时对基准时钟和被测信号进行计数，再通过数学公式推导得到被测信号的频率。
由于门控信号是被测信号的整数倍，就消除了对被测信号产生的±1周期误差，但是会产生对基准时钟±1周期的误差。
在实际应用中，FPGA示波器算法需要根据实际需求进行调整和优化，以满足不同的测试需求。
基于单片机和FPGA的简易数字存储示波器设计
３ 系统 分 析 论 证
３１ ／ 实 时 采 样 ． Ａ Ｄ
电子测 量 领域 ，数字 存储 示 波 器正 在逐 渐 取代 模 拟 示 波器 。但 目前我 国使 用高 性 能数字 存储 示 波器 主 要 依靠 国外 产 品 ， 而且 价 格 昂贵 。 因此 研 究 数 字存 储 示 波器 具 有重 要 价 值 。借 于此 ， 出 了一 种 简 易 提 数 字存储 示 波器 的设 计方 案 ， 经测 试 ， 性能 优 良。
摘 要 ： 出一种基 于单 片机和 Ｆ Ｇ 的 简 易数 字存储 示波 器设计 。 提 ＰＡ 通过 高速 Ａ Ｄ转 换 器 Ａ ９ ２ ／ Ｄ ２ ０实 时采 样输 入信 号 ． 实现 波形 的 实 时采样 、 析 、 分 存储 和 显 示 ， 时给 出 了具 体 电路 设 计 实现 方法 ， 同 通
ａ— ｉ ｖ ． ｈ ａ ｉ ， ｅ ａ ｓ ｃ ａ ｅ ｉ ｕ ｔｄ ｓ ｎ ｉ ｉｅ ． ｈ ｏ ｇ ｕ ｎ ｎ ｈ ａ ａ ａ ｑ ｉｉ ｌｔ ｍｅ ｗａ ｅ Ａｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｔ ｍｅ ｔ ｓ ｏ ｉ ｔｄ ｃ ｒ ｉ ｅ ｉ ｓ ｖ ｎ Ｔ ｒ ｕ ｈ ｒ ｎ ｉ ｇ ｔ ｅ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓ— ｈ ｃ ｇ ｇ
过 运 行数 据采 集程 序及 处理 程序 ， 明该 系￣ ｖ作 稳 定可 靠 。 表 Ｌ＿ －
关 键 词： 片机 ； Ｆ Ｇ 单 Ｐ Ａ； 数 字存储 示波 器； Ｄ ２ ０ Ａ ９ ２
中图分 类号： Ｍ９ ５３ Ｔ ３．
文献 标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ：０ ６ ６ ７ （０ ８０ 一 ０ ９ ０ １ ０ ～ ９ ７２ ０ ）６ Ｏ ３ — ４
Ｄｅ ｉ ｎ ｆａ ｓｍ ｐ ｅ ｄ ｇ ｔ ｌｍ ｅ ｏ ｙ ｏ ｃｌｏ ｃ ｐ ａ ｅ ｎ ＣＵ ｎｄ ＦＰＧＡ ｓｇ ｏ ｉ ｌ ｉ ｉａ ｍ ｒ Ｓ ｉｌ ｓ ｏ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｍ ａ
数字示波器毕业设计
数字示波器毕业设计数字示波器毕业设计在现代电子技术领域中，示波器是一种常用的测试仪器，用于观察和分析电信号的波形。
随着科技的不断进步，传统的模拟示波器已经逐渐被数字示波器所取代。
数字示波器具有更高的精度、更大的带宽和更多的功能，成为电子工程师日常工作中不可或缺的工具。
本文将探讨数字示波器的毕业设计，介绍其原理、设计思路和实现方法。
一、数字示波器的原理数字示波器的原理基于模拟信号的采样和数字信号的处理。
首先，模拟信号通过采样器进行采样，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
然后，这些离散的数据通过数字信号处理器进行处理，包括存储、显示和分析。
最后，通过显示器将处理后的数字信号转换为可视化的波形图。
二、数字示波器的设计思路在进行数字示波器的毕业设计时，需要考虑以下几个方面的设计思路：1. 采样率和带宽：示波器的采样率和带宽是其性能的重要指标。
采样率决定了示波器对信号的采样精度，而带宽则决定了示波器能够显示的信号频率范围。
在设计过程中，需要根据实际需求确定采样率和带宽，并选择合适的模数转换器和数字信号处理器。
2. 存储和显示：示波器需要能够对采样的数据进行存储和显示。
存储器的容量和速度决定了示波器可以存储和处理的数据量，而显示器的分辨率和刷新率则决定了示波器显示波形的清晰度和流畅度。
在设计过程中，需要选择合适的存储器和显示器，并考虑存储和显示的算法和接口设计。
3. 波形分析：数字示波器不仅可以显示波形，还可以进行波形分析。
波形分析功能包括频谱分析、峰值检测、触发等，可以帮助工程师更好地理解和分析信号。
在设计过程中，需要选择合适的算法和接口，实现波形分析功能。
三、数字示波器的实现方法数字示波器的实现方法主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
1. 硬件设计：硬件设计包括模数转换器、存储器、显示器、触发电路等的选型和接口设计。
在选型过程中，需要考虑采样率、带宽、存储容量、显示分辨率等指标，并选择合适的器件。
接口设计需要考虑数据传输的速度和稳定性，确保数据的准确性和可靠性。
基于单片机的波形发生器设计
基于单片机的波形发生器设计摘要：本文用单片机作为核心芯片，设计出一款高精度频率信号发生器，具有体积小功率低等优点。
为了实现幅度可控的功能，选用了2个数模转换器片完成此功能，其中一个用来产生波形，另外一个设计成程控放大器进行改变幅度，它的放大倍数通过转换器的数字端口来实现，根据设定的输出幅值，单片机只需要通过公式换算出给予的对应电平。
所有要输出的参数都能通过液晶屏显示。
关键词:信号发生器；单片机；数模转换器1、引言在波形发生器的发展中，高频率的波形发生器技术大部分都掌握在外国手中，我国的波形发生器也有很大突破，在中低端频率的波形发生器中，我国的成本低，波形发生器效果好，远比国外，但是在高端波形发生器中，还是落后于国外。
波形发生器在现代测算领域和教学领域有着很大的应用，产生的频率大小，幅度大小，相位调节，能产生大量的波形，对于各种调试，调控，实验，工业使用，自动控制都有着重大的意义。
2、方案设计本此设计是用单片机为控制主体，对系统进行初始化主要完成对键盘的控制、液晶显示的控制。
使用51系列的单片机，它有着32个接口，且STC系列的单片机可以在工作的过程中进行编程、调试，能很方便的实现程序在下载过程中进行整机的调试。
3、硬件设计（1）液晶显示模块用STC12C5A60S2的P0口作为数据线，用P1.2、P1.1、P1.0分别作为LCD 的EN、R/W、RS。
其中EN是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号。
（2）键盘模块本按键模块使用的是多位独立按键，按键一端接IO口，一端接地，由于单片机的IO口都有内部上拉，因此当按键没有按下的时候，IO检测到的时候高电平，当按键按下的时候，相当于IO短接地，因此这时候单片机检测到的电平为低电平，通过检测不同时刻的IO口状态就可以判断按下的是那个按键。
4个按键分别代表以下功能，第一为功能按键，可以切换不同参数设置界面，第二个为切换按键，可以切换波形、频率和幅值等参数进行设置，第三个为增加按键，第四个为减少按键。
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现
基于FPGA和单片机的高精度数字频率计的设计与实现1. 引言1.1 背景介绍数字计数器是一种广泛应用于科学研究、工程技术和日常生活中的仪器设备，用于测量信号的频率、周期和脉冲数量等。
随着科技的不断发展，对于数字频率计的精度和性能要求也越来越高。
传统的数字频率计主要基于单片机或专用芯片的设计，存在精度受限、功能单一等问题。
而基于FPGA和单片机的高精度数字频率计能够充分发挥FPGA在并行计算和高速数据处理方面的优势，结合单片机的灵活性和易编程性，实现更高精度、更丰富功能的数字频率测量。
本文基于FPGA和单片机，设计并实现了一种高精度数字频率计，具有高度精准、快速响应的特点。
通过软硬件结合的设计思路，实现了数字信号频率的精确测量，同时在硬件设计和软件设计上都进行了详细优化和实现。
系统测试结果表明，该数字频率计具有较高的测量精度和稳定性，在实验中取得了良好的效果和准确的测量数据。
此设计不仅具有实用价值，还对数字频率计的进一步研究和应用具有一定的参考意义。
1.2 研究意义随着科技的发展，对于频率计的要求也越来越高，需要具备更高的精度、更快的响应速度和更广泛的适用范围。
设计和实现基于FPGA 和单片机的高精度数字频率计具有重要的研究意义。
通过本文的研究，可以深入了解数字频率计的工作原理和设计方法，为高精度频率计的研究和应用提供参考和借鉴。
本文的研究成果还可以为提高电子测量仪器的性能，推动数字频率计技术的发展做出重要的贡献。
本文的研究具有重要的理论和实践意义。
1.3 研究现状当前，数字频率计在电子测量领域具有重要的应用价值，其精度和稳定性对于提高测量精度和准确性至关重要。
目前，数字频率计的研究主要集中在硬件设计和软件算法的优化上。
在硬件设计方面，传统的数字频率计主要采用FPGA（现场可编程门阵列）作为核心控制器，实现高速、高精度的频率测量。
通过合理的电路设计和时序控制，可以实现更稳定和准确的频率计算。
在软件设计方面，研究者们致力于优化频率计算算法，提高频率计算的速度和精度。
基于单片机和FPGA的数字示波器的设计
ｃｏ ｋ ｇ ｎ ｒｔ ｎ，ｓ ｍｐ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｑ ｅ ｃ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ａｉ ｒ ｔ ｎ ｓｇ ａ ｅ ｅ ａｏ ｄ ｌ．Ｍｅ ｓ ｒ ｂ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｌｃ ｅ ｅ ａ ｉ ｏ ａ ｌ ｏ ｔｏ ，ｆ ｕ ｎ ｙ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｄ ｃ ｌ ａｉ ｉｎ ｌ ｎ ｒ ｔｒｍｏ ｕ ｅ ｎ ｅ ａ ｂ ｏ ｇ ａ ｕ ａ ｌ ｑ ｅ ｃ ｒ
中图 分 类 号 ： Ｍ９ ５３ Ｔ ３． ７ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ２ ６ ２ １ ） ８ ０ ７ — ４ ６ ４ ６ ３ （０ １ １— ０ ８ ０
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｉａ ｓ ｉｌ ｓ ｏ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｍ ｉｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ａ ｄ ｓｇ ｆｄ ｇ ｔ ｌｏ ｃｌｏ ｃ ｐ ａ ｅ ｎ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏ ｌ ｎ ＦＰＧ Ａ ｅ
比较 该 图 可 知 ， 要 采 集 起 始 点 和 时 间 相 同 ， 出 样 值 与 只 输
基于FPGA数字示波器设计
摘要高速数字化采样技术和FPGA技术的发展，已经开始对传统测试仪器，包括现有的数字化仪器发展产生着深刻的影响，对传统仪器体系结构，传统测量方法，传统仪器的定义和分类等都将产生深刻的变革。
近几年来，数字仪器通常采用DSP或FPGA结构，从信息处理技术的发展上看，以FPGA为基础的软件硬件化是其重要的发展方向，本文设计的基于FPGA的数字示波器，是由单片机和FPGA相结合的方式组成，即用单片机完成人机界面，系统调控，用FPGA完成数据采集，数据处理等功能。
由通道输入调整，数据采集，数据处理，波形显示和操作界面等功能模块组成，系统中的数据采集及数据处理模块，采用了FPGA 内制的RAM IP核，使系统的工作频率基本不受外围器件影响。
设计中采用了自顶向下的方法，将系统按逻辑功能划分模块，各模块使用VHDL语言进行设计，在ISE中完成软件的设计和仿真关键词：FPGA 数字示波器数字采样AbstractHigh-speed digital sampling and FPGA technology has begun to influnence the development of traditional test equipment, including existing digital instruments , the architecture of traditional instruments, traditional measurement methods, definition and classification of traditional instruments and so will produce profound changes.In recent years, independent instrument is made up of DSP or FPGA structure, from the point of information processing technology development, to FPGA based hardware of software is an important direction of development, the paper design FPGA-based digital oscilloscope, which combines a single chip and FPGA , namely, with a microcontroller for interface and system control, with the FPGA for data acquisition, data processing and other functions. It is made up of adjustable channel input, data acquisition, data processing,waveform display and user interface features such as modules, the system of data collection and data processing module, using the FPGA within the system RAM IP core, which make a great significance on the data processing speed and real-time entry requirements. Using top-down approach, the system is logical and functional modules, each module is designed using the VHDL language, completed in the ISE software .Keywords: FPGA，Digital Oscilloscope，Digital Sampling目录摘要 (1)第一章绪论 (5)1.1研究概况与意义 (5)1.2 主要工作 (6)第二章数字示波器的工作原理 (8)2.1 工作原理框图 (8)2.1.1 数字示波器系统框图 (8)2.2 采样定理 (9)2.3 频率测量 (10)2.3.1高频双计数器测量方法 (10)2.3.2大范围双计数器测量法 (11)2.3.3 等精度测量法 (11)2.4扫描速度 (12)第三章硬件电路 (13)3.1 系统组成结构 (13)3.2放大电路 (14)3.2.1程控衰减放大器电路 (15)3.2.2 ADS830的应用 (16)3.2.3 放大器AD603介绍 (17)3.3整形电路 (20)3.3.1信号整形电路设计 (20)3.4采样与保持电路 (21)3.4.1 随机采样 (21)3.4.2 采样与保持电路设计 (22)3.5 数据采集电路 (22)3.5.1 FIFO的选择 (23)3.5.2 随机采样展宽电路 (23)3.6 电路的保护及滤波处理 (24)第四章 FPGA软件设计及仿真 (25)4.1分频电路及产生A/D转换器的控制信号 (25)4.2 FIFO功能单元设计 (26)4.3双口RAM (27)4.4液晶显示及键盘模块 (27)4.5系统软件住程序设计 (28)第五章实验结果 (29)5. 1 垂直灵敏度测试 (29)5. 2 水平扫描速度的测试 (29)总结 (30)参考文献 (31)第一章绪论与传统模拟示波器相比,数字示波器不仅具有可存储波形、体积小、功耗低,使用方便等优点,而且还具有强大的信号实时处理分析功能。
基于单片机的简易数字示波器的设计毕业设计
第2章
2.1
2.1.1 数字存储示波器的组成原理
数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。目前高端数字示波器主要依靠美国技术，对于300MHz带宽之内的示波器，目前国内品牌做的示波器在性能上已经可以和国外品牌抗衡，且具有明显的性价比优势。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
基于STM32与FPGA的数字示波器设计
基于STM32与FPGA的数字示波器设计
贾楠;许金
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2014(000)006
【摘要】为实现高采样率、宽频带的数字示波器,设计了以STM32和FPGA为控制核心的数字示波器.硬件平台主要采用了AD603电压程控增益放大器作为前端信号调理电路,ADS830高速宽带模数转换器和IDT7208高速缓存作为数字采集电路,以Labview界面显示.另外,通过采用自适应频率采集处理算法采集和还原信号波形.经实验测试,性能达到设计要求.
【总页数】2页(P55-56)
【作者】贾楠;许金
【作者单位】桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004
【正文语种】中文
【中图分类】TM935.37
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基于单片机的简易数字示波器的设计制作
基于单片机的波形发生器设计
基于单片机的波形发生器设计
基于单片机的波形发生器设计是一种新兴的技术，它利用单片机
来发出不同的波形信号，以满足不同的测量需求。
这种技术的核心部
分就是使用微处理器（单片机）来生成和控制信号，以及支持信号实验。
首先，为了发出不同的波形，使用微处理器（单片机）需要进行
控制程序设计，以将不同的波形转变为数字信号。
这要求开发者在硬
件上设计一个模拟输入的控制信号，以便发出不同的波形。
程序设计
中需要考虑波形的持续时间、信号的幅度等，并编写相应代码来表示
不同的波形。
一旦波形发生器已经通过发出不同的波形通过单片机设计，就可以将此模拟信号输出到一系列设备。
此外，为了确保实验能够取得有效的结果，还需要对基于单片机
的波形发生器进行测试和校准。
在这方面，使用电子测量仪表来检查
实验中的信号，确保不同的波形能够准确的在一系列的设备中传播，
以及数据采集是否能被准确的捕获。
同时，根据波形的持续时间，来
进行相应调整，确保发出不同波形的准确性。
总而言之，基于单片机的波形发生器设计是一项很有前景的技术，可以有效的处理和传送信号，同时也为测量和实验提供准确的信号。
然而，这也要求开发者具有扎实的单片机知识和信号处理能力，以及
对测量仪表、信号传输和数据采集的理解，才能将这项技术发挥出最
大的效果。
基于STM32单片机的微型数字示波器研究
基于STM32单片机的微型数字示波器研究发布时间：2021-10-22T06:26:30.645Z 来源：《教学与研究》2021年10月下作者：宋巍[导读] 本文介绍了示波器设计的两大关键环节，提出了信号输入通路的设计方案，展示了系统实物图及各部分功能，最后总结了该系统的创新点和实用价值。
江苏省无锡技师学院宋巍摘要：本文介绍了示波器设计的两大关键环节，提出了信号输入通路的设计方案，展示了系统实物图及各部分功能，最后总结了该系统的创新点和实用价值。
1引言示波器是电子技术应用领域中的一款常用仪器设备，它可以对瞬时波形进行实时检测并显示，为工程技术人员提供了极大的便利。
但目前主流的示波器普遍体积较大、价格较高、便携性较差。
本文旨在研究一种以STM32单片机为控制核心的微型数字示波器，以实现示波器常用的功能，可随身携带，而且造价低，特别适合用于设备故障检测和课堂教学使用。
对于示波器而言，有两大特别关键的环节，一是信号的采集，二是信号的处理与显示。
由于篇幅限制，本文仅对设计的主要环节进行阐述。
2系统设计2.1信号输入通路设计图1 信号输入通路示波器首先要解决的就是信号的采集问题，该部分的功能完全借助硬件来实现，硬件电路图如图1所示，J1BNC为探头接插口，SW1A 为耦合方式选择开关，可以选择电容器耦合（交流通路），直接耦合（交直流通路）和接地三种方式；SW2A为灵敏度选择开关1，通过改变阻容耦合的方式将信号衰减，以改变灵敏度；SW3A为灵敏度选择开关2，通过改变集成运算放大器的放大倍数的方式进行有源改变灵敏度。
信号最终经过同相比例放大器进入STM32单片机进行软件处理。
2.2设计实物简介由于显示波形的需要，采用彩色液晶显示器，分辨率为128×160，屏幕虽小，但是图像较为清晰，可以满足一般条件的需要，显示效果如图2所示，显示器在整个电路板上占据了绝大部分的位置，采用双面电路板设计，以减小电路板的面积，更有利于实现便携。
基于单片机及FPGA的程控滤波器设计与实现
基于单片机及FPGA的程控滤波器设计与实现
滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，可用于对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除。
它在电子领域中占有很重要的地位，在信
号处理、抗干扰处理、电力系统、抗混叠处理中都得到了广泛的应用。
而对
于程控滤波器，该系统的最大特点在于其滤波模式可以程控选择，且-3dB截
止频率程控可调，相当于一个集多功能于一体的滤波器，将有更好的应用前景。
此外，系统具有幅频特性测试的功能，并通过示波器显示频谱特性，可
直观地反应滤波效果。
1方案论证与选择
1．1可变增益放大模块的设计与论证
方案1：数字电位器控制两级INA129级联。
用FPGA控制数字电位
器DS1267使其输出不同的阻值，作为高精度仪表放大器INA129的反馈电阻。
通过控制数字电位器来改变INA129的放大倍数，从而实现放大器的增益可调。
基于等效采样原理的数字示波器
基于等效采样原理的数字示波器刘璐【摘要】本作品以单片机和FPGA为控制核心,实现了基于等效采样技术的数字示波器.具有实时采样和等效采样方式,其实时采样速率不大于1MSa/s,并采用顺序等效采样的方式使等效采样速率达到200MSa/s.系统输入频率范围为10Hz～10MHz,输入幅值范围为16mV～8V,垂直灵敏度有1V/div、0.1V/div、2mV/div 三档,水平灵敏度有20ms/div、2ms/div、1 ms/div、40μs/div、20μs/div、2μs/div、200ns/div、100ns/div八档.信号幅度测量误差小于5％,周期测量误差小于5％.采用内部软件触发方式,触发电平可调.具有单次触发,波形存储,自动档,校准信号输出等功能.【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2011(018)004【总页数】3页(P85-87)【关键词】数字示波器;等效采样;实时采样【作者】刘璐【作者单位】武汉大学电子信息学院,武汉430079【正文语种】中文【中图分类】TM935.370 引言在数字示波器技术中，常用的采样方法有两种［1］：实时采样和等效采样。
实时采样是指在触发信号到来后，一次性完成整个数据采集过程，其特点是顺序，等时间隔，通常对信号的实时采样都必须满足Nyquist采样定理［2］，采样频率至少为待采样信号频率的2倍。
然而，在数字示波器应用中，通过对信号采样，在时域内完成波形的重绘，一个周期内仅采集信号的两个点是远远不够的。
为了准确恢复时域上的波形，一个完整的周期至少有10个以上的采样点，即采样频率至少为待采样信号的10倍。
对高频信号进行实时采样，必然要求更高速的A/D采样芯片，同时高速转换会使转换精度下降，系统成本上升。
为了解决对高频周期信号的数据采集，发展出了等效采样技术［3］。
等效采样(Equivalent Sampling)是指对多个信号周期连续样来复现一个信号波形，采样系统能以扩展的方式复现频率大大超过奈奎斯特极限频率的信号波形。
基于FPGA和STM32的数据采集系统设计
1 绪论1.1虚拟仪器的背景现在客户对于测试的需求越来越大。
随着创新的步伐越来越快，希望更多具有竞争力的新产品更快投入市场的压力也越来越大。
消费者的期望在不断地增高。
以电子市场为例，消费者要求不同的功能可以更低的成本在一个更小的空间得到集成。
近年来经济的低迷并没有阻止革新的需要，但是却要求使用更少资源。
满足这些需要是商业成功的一个因素——能够快速、一贯并且最可靠地满足这些需要的公司一定能在竞争中占有决定性的优势。
所有这些条件都驱使着对新的验证、检验和生产测试技术的高要求。
一个能与创新保持同步的测试平台不是可有可无的，而是必需的。
这个平台必须包含具有足够适应能力的快速测试开发工具以在整个产品开发流程中使用。
产品快速上市和高效生产产品的需要要求有高吞吐量的测试技术。
为了测试消费者所要求的复杂多功能产品需要精确的同步测量能力，而且随着公司不断地创新以提供有竞争力的产品，测试系统必须能够进行快速调整以满足新的测试需求。
虚拟仪器是应对这些挑战的一种革新性的解决方案。
它将快速软件开发和模块化、灵活的硬件结合在一起从而创建用户定义的测试系统。
模拟式仪器是指针式的，它基于电磁原理进行测量；数字式仪器则适应了快速响应和高精度的要求，将对模拟信号的测量转化成为对数字信号的测量来显示测量结果；智能化仪器仪表则运用了微处理器芯片，通过将程序固化在ROM中以及将测量结果储存在RAM中自动完成各种测量功能。
它的功能模块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，相对虚拟仪器而言，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。
第四代虚拟示波器，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革。
虚拟示波器的出现改变了原有的示波器的整体设计思路，用软代替了硬件。
将传统仪器由硬件实现的数据分析与显示功能能，改由功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不同方式（如数据、图形、图表等）表示测量结果，完成各种规模的测量任务。
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利用单片机和FPGA器件实现等效和实时采样方式的数字示波器设计引言
数字示波器自上个世纪七十年代诞生以来，它已成为测试工程师必备的工具之一。
随着近年来电子技术取得突破性的进展，催生了更庞大的数字示波器市场需求。
此外，信号传输在现代工程中是很重要的一个技术环节，但在信号传输中，数字信号将对模拟信号产生干扰，目前采用的解决方法是利用单片机来实现模拟信号和数字信号在单线中的混合传输，而这其中的测试和调试就要求示波器必须能够对数字信号和模拟信号同时进行分析和显示。
因此，这里介绍一种基于等效和实时采样数字示波器的设计。
2 设计方案
2．1 采样方案
选择实时采样和等效采样相结合的方式，实时采样速率小于 1 MS/s，水平分辨率至少为20点/div，故系统50 kHz以下采用实时采样方式，而50 kHz～10 MHz采用等效时间采样方式，最高等效采样速率可达到200 Ms／s。
2．2 频率测量方案
由于该系统测试频率上限为10 MHz。
根据等精度测量和测周法原理，将此频率分为两段。
因此，10 kHz以下频率段，采用测周法；10 kHz以上的频率段，采用等精度测量法，从而缩短测量时间。
2．3 触发方案
采用内部软件触发，通过软件设置触发电平，软件设置的施密特触发器参数容易修改，可以很好抑制比较器产生的毛刺。
当所采样值大于该触发电平时，产生一次触发。
该方案可排除硬件产生的毛刺干扰，触发和波形较稳定，且易实现触发电压的调整。
2．4 采样与保持电路方案
采用射极跟随器、模拟开关和电容搭建采样与保持电路。
射极跟随器可选用带宽稳定且带动容性负载强的运放，有较多的TI模拟开关，使其速度很容易满足要求，再选用合适的漏电小的聚苯电容即可实现采样与保持电路。