数字示波器的设计
计算机程序设计数字示波器程序的设计
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从CMainWnd派生提供了一个SDI窗口的所有功能,如显示一个标题、一个菜单栏、一个工具栏等。所有SDI应用程序窗口框架类名都是CMainFrame,但是性质是有区别的。
(3)文档类
从CDocument类派生出来,是应用程序进行数据定义和初始化的地方。文档类的数据成员只有被说明成公有成员才能被视图类中的成员函数访问,其重要成员函数是OnNewDocument(),是进行数据成员初始化的地方。程序开始时会自动调用该函数。
长安大学电子与控制工程学院
《计算机程序设计综合实验》
综合实验指导书
数字示波器程序的设计
1.实验目的与要求
通过该实验,使学生掌握面向对象程序设计的基本理论以及视窗程序的基本设计方法,其中包括需求分析、总体设计、详细设计、代码编写及调试等设计环节。要求学生掌握示波器的功能和操作方法,熟练应用时钟、图形绘制功能、文件的读写以及文件内容的检索方法,达到既定的设计效果。
SDI具有文档/视图结构的应用程序框架,该框架包括应用程序类、窗口框架类、文档类和视图类,编程的任务是在文档类和视图类中添加适当的代码。其中文档类中一个重要的成员函数是OnNewDocument(),用户在此添加代码完成对数据的初始化;而视图类中最重要的成员函数是OnDraw(),通过在该函数中添加代码实现窗口内容的输出。
(1)基于对话框的应用程序:这类程序适合于文档较少而交互操作较多的应用场合,如Windows自带的计算器程序。
(2)单文档界面(SDI)应用程序:这类程序一次只能打开一个文档,如Windows自带的Notepad程序。
(3)多文档界面(MDI)应用程序:这类程序可以同时打开多个文档并进行处理,处理的过程中很容易地进行切换。
需要强调的是OnDraw函数有两种调方法,即自动调用和手工调用。当窗口发生变化视图需要重新绘制时,应用程序会自动调用该函数;当程序中的数据改变了需要重新显示时,可以通过调用Invalidate和InvalidateRect函数,引发对Ondraw函数的间接调用。比如:
简易数字存储示波器设计
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简易数字存储示波器设计摘要本文介绍了一种简易的数字存储示波器的设计。
示波器是一种广泛使用的电子测试仪器,用于显示电压随时间变化的波形。
数字存储示波器通过将波形样本存储在内存中,然后再进行显示,具有更高的分辨率和更多的功能。
本设计基于嵌入式系统,并通过一块液晶显示屏显示波形。
引言示波器是电子工程师和电子爱好者常用的测试设备之一。
然而,传统的示波器通常比较昂贵,且功能复杂。
为了满足一些简单的测试需求,我们设计了一款简易的数字存储示波器。
数字存储示波器具有存储和显示波形的功能,并且可以通过嵌入式系统实现。
本设计的核心部分是使用嵌入式开发板、模数转换器和液晶显示屏构建的简易数字存储示波器。
设计方案硬件设计嵌入式开发板本设计使用一块嵌入式开发板作为主要的处理器和控制单元。
开发板上应具备足够的计算能力和接口,以支持模数转换器、存储器和显示屏的连接。
模数转换器模数转换器(ADC)负责将输入的模拟信号转换为数字信号。
常见的ADC芯片有多种型号可选,选择合适的芯片以满足高精度和合适的采样率要求。
存储器用于存储模拟信号的样本数据。
根据要求,可以选择适当的存储器类型,如SRAM或SD卡。
显示屏显示屏用于显示存储器中的波形样本。
一块液晶显示屏是一个常见的选择,因为它可以提供高清晰度的图像和良好的视觉效果。
软件设计数据采集软件的第一步是通过ADC采集模拟信号,并将其转换为数字信号。
通过选择适当的采样率和转换精度,可以确保捕捉到所需的信号信息。
数据存储采集到的模拟信号样本将存储在嵌入式开发板的存储器中。
可以根据需要选择适当的存储器类型,以满足手头的需求。
从存储器中读取波形样本,然后将其显示在液晶显示屏上。
通过适当的算法和图形库,可以实现波形的平滑显示和良好的视觉效果。
操作流程本设计的操作流程如下:1.将待测试的电路连接到示波器的输入端口。
2.启动示波器,并设置合适的采样率和采样时间。
3.通过液晶显示屏查看波形样本。
4.根据需要对波形进行测量或分析。
简易数字存储示波器设计
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简易数字存储示波器设计数字存储示波器是一款用于测量电信号的仪器,它可以将收集到的信号进行数字化处理,并将结果显示在屏幕上。
本文将介绍一个简易的数字存储示波器的设计。
1. 设计目标设计一个简易的数字存储示波器,使其能够接收并显示电信号的波形,并具备一定的存储功能。
该示波器需要具备以下功能:能够调节触发电平、可以调节扫描速度、能够通过按钮进行保存和回放存储的波形。
设计需要保证简易、易于操作、能够满足基本的测量需求。
2. 硬件设计(1)电路板设计:设计一个电路板用于信号的采集和存储。
该电路板包括模拟前端电路用于信号的采集,数字转换电路将模拟信号转换为数字信号,以及存储器用于存储采集到的数据。
(2)显示屏和按键:电路板上需要配备一个液晶显示屏,用于显示采集到的波形图像。
同时,设计按键用于调节触发电平、扫描速度以及保存和回放。
3. 软件设计(1)数据采集:通过模拟前端电路采集信号,并使用数字转换电路将模拟信号转换为数字信号。
采用适当的采样率,将数据进行采样,并存储到存储器中。
(2)数据显示:通过显示屏将存储器中的数据显示为波形图像。
根据采样率和扫描速度,将存储器中的数字信号转换为波形,并在屏幕上显示。
(3)触发控制:通过按键调节触发电平,设置触发条件,使得波形显示能够达到最佳效果。
设计合适的触发电路用于触发信号。
(4)数据存储和回放:设计按键和存储器用于保存和回放采集到的波形。
按下保存键后,将当前的波形数据保存到存储器中,按下回放键后,将存储器中的波形数据重新显示在屏幕上。
4. 使用方法使用该简易数字存储示波器,首先将信号源连接到示波器的输入端,然后通过按键进行触发电平的调节和扫描速度的设置。
在适当的触发条件下,示波器将开始采集并显示信号的波形。
当波形满足要求后,可以通过按键将波形数据保存到存储器中。
保存后的波形可以通过按键进行回放,重新显示在屏幕上。
5. 总结通过以上的设计和实现,可以得到一个简易的数字存储示波器。
数字示波器 全国大学生电子设计竞赛论文(最终版)
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摘要示波器是使用广泛的测量仪器,传统的模拟示波器在观察周期性、重复频率较高的波形时比较精准,但是在测量不能重复出现的单次信号、持续的非周期信号以及重复频率较低的周期信号时却表现不佳。
数字示波器正是根据上述要求而被提出来的。
目前数字示波器主要有独立仪器、附加仪器及虚拟仪器等工作形式。
本设计是附加仪形式的数字示波器。
本设计以89S52单片机和CPLD为控制核心,配合触发滤波电路、前级信号放大电路、取样保持电路、数据采集电路和后级信号处理电路等外围电路处理模块,完成信号波形数据处理及显示的功能。
本系统遵循智能化、操作方便、测量精准等思想。
可以完成以实时采样和等效采样方式对输入频率在10Hz-10MHz范围内的信号进行采样和处理并在水平和垂直方向分别分档显示的功能。
此系统还可以实现单次触发、波形存储等功能。
关键词数字示波器单片机CPLD X-Y显示方式一、方案论证与比较示波器是使用广泛的测量仪器,是观察和测量信号波形不可缺少的工具。
传统的模拟示波器在观察周期性、重复频率较高的波形时比较精准,但是在测量不能重复出现的单次信号、持续的非周期信号以及重复频率较低的周期信号时却表现不佳。
数字示波器正是根据上述要求而被提出来的。
随着科学技术的不断发展,人们对测量仪器的精度要求越来越高,数字示波器性能也不断取得新的突破。
目前数字示波器主要有独立仪器、附加仪器及虚拟仪器等工作形式。
本设计是附加仪形式的数字示波器。
(一)数据采集数字示波器采样方式包括实时采样、等效采样。
等效采样又分为随机采样和顺序采样。
实时采样对每个采集周期的采样点按时间顺序采取,对这些采样点的数据进行顺序表达就可以再现信号波形。
根据奈奎斯特采样定理采样频率必须至少是被测信号的2倍。
为了避免产生混选现象,目前实时采样DSO的采样频率一般为带宽的4-5倍,同时还必须采用适当的内插算法,否则采样速率还要更高才能达到要求。
随机采样是指每个采样周期采集一定量的样点,经过多个采样周期的样点积累,最终恢复出被测波形。
基于单片机的数字示波器的设计
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基于单片机的数字示波器的设计【摘要】数字系统设计已进入一个新时代。
本文是笔者在教学工作中带领学生初步设计一种数字示波器,它是由双CPU进行控制的、能够进行彩显的嵌入式数字示波器。
【关键词】双CPU;单片机AT89C52;CPLD引言伴随着计算机的迅速发展和现代化工业控制的要求不断的提高,人们已不满足于单纯的文字操作,而是采用更真实、更形象的图形操作方式。
但由此带来的一个问题就是资源的极大浪费。
基于这个原因,本次设计了一种通过双CPU 控制、可脱离计算机的、根据接收的指令显示波形的数字示波器。
它主要由CRT 显示卡和A/D变换板组成。
以两片AT89C52单片机为微控制器,A/D板中的AT89C52单片机负责发送宏命令给CRT显卡中的单片机,其接收到命令后转至相应的程序执行,最终在屏幕上显示信号源的波形。
在本次设计中最突出的是使用了目前较为先进的CPLD(复杂可编程逻辑器件)技术,从而大大简化了电路,提高了产品的稳定性和可靠性,提高了工作效率。
1.数字示波器的工作原理示波器是最通用的电子测试仪器之一。
它的主要功能是精确复现作为时间函数的电压波形。
波形的图形可用来确定量的信息(如幅度和频率),也可用来获得其质量的信息(如波形);示波器还可用来比较两个不同的波形,并测量它们的时间和相位关系。
根据应用范围的不同,示波器分为模拟示波器和数字示波器两类。
从概念上看,模拟示波器和数字示波器是同类仪器,它们均可完成同样的测量,都显示电压波形,只不过仪器内部使用的技术不同。
模拟示波器运用传统的电路技术,在阴极射线管上显示波形。
而数字示波器是把原来的模拟信号转换成数字形式(一串二进制数),才能进行显示或进行存储。
这意味着数字示波器是存储式示波器,因为它的波形是用数字方式存储的,因此数字示波器通常也称为数字存储示波器(DSO)。
数字示波器的输入电路和模拟示波器的相似。
前置放大器的输出信号由跟踪/存储或取样/存储电路进行取样,并有A/D转换器数字化,经过A/D转换后,信号变成了数字形式。
基于单片机的简易数字示波器的设计
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华北理工大学轻工学院Qing Gong College North China University of Science and Technology毕业设计说明书设计题目:基于单片机的简易数字示波器的设计学生姓名:学号:专业班级:测控技术与仪器学部:信息科学部指导教师:2015年5月30日摘要数字存储示波器就是依据数字集成电路技术的发展而出现的智能化示波器,现在已经成为电子测量领域的基础测量仪器。
数字存储示波器的技术基础就是数据采集,该技术已经广泛应用于数据采集产品中,对相关仪器的研发与创新具有深远意义。
随着技术与元器件的发展与创新,数字存储示波器正在向宽带化、模块化、多功能与网络化的方向发展。
数字存储示波器可以实现高带宽与强大的分析能力。
高端的数字存储示波器实时带宽已经可以达到20GHz,可以广泛的应用各种千兆以太网、光通讯等测试领域。
而中低端的数字存储示波器已经可以广泛应用于各个领域的通用测试,也可以广泛应用于高校及职业院校的教学。
但就是现在国内外数字存储示波器在几千到几十万不等,普遍价格偏高,不适用于简单用途的使用与测量。
所以这里介绍了数字存储示波器的原理与基本概念并设计了一个简易的基于单片机的数字存储示波器,简化制作成成本,并能实现其基本功能与主要技术指标。
关键词数据采集、单片机AbstractDigital storage oscilloscope is based on the development of Digital IC technology and intelligent oscilloscope, now electronic measurement field of basic measurement instrument、The technology of digital storage oscilloscope is the data acquisition, which has been widely used in data acquisition products, and it has far-reaching significance for the development and innovation of the related instruments、、With the development and innovation of technology and components, digital storage oscilloscope is developing to broadband, modular, multi-function and network、、Digital storage oscilloscope can achieve high bandwidth and strong analytical skills、High end digital storage oscilloscope real-time bandwidth has been reached 20GHz, can be widely used in various Gigabit Ethernet, optical communications and other test areas、And the low-end digital storage oscilloscope has been widely used in various fields of universal testing, can also be widely used in Colleges and universities and vocational colleges teaching、But now the digital storage oscilloscope at home and abroad, ranging from thousands to hundreds of thousands, the general price is high, not for simple purposes and measurement、So here the basic concepts and principles of digital storage oscilloscope and design a simple digital storage oscilloscope based on MCU, simplify the production cost and realize the basic functions and main technical indicators、Keywords: data acquisition microcontroller目录摘要 (I)Abstract (I)第1章绪论 (1)1、1 选题的背景意义与研究现状 (1)1、1、1 选题的背景意义 (1)1、1、2 国内外研究现状 (1)1、2 设计的任务与要求 (2)1、2、1设计的主要任务 (2)1、2、2 设计的基本要求 (2)第2章数字存储示波器的基本原理 (3)2、1数字示波器的基本原理 (3)2、1、1 数字存储示波器的组成原理 (3)2、2数字存储示波器的工作方式 (3)2、2、1数字存储示波器的功能 (3)2、2、2触发工作方式 (4)2、2、3测量与计算工作方式 (4)2、2、4面板按键操作方式 (4)2、2、5数字存储示波器的显示方式 (4)2、3数字存储示波器的特点 (6)2、4数字存储示波器的主要技术指标 (6)2、4、1最高取样速率 (6)2、4、2存储带宽 (7)2、3、3分辨率 (7)2、4、4存储容量 (7)2、4、5读出速度 (7)2、5数字信号的采集与存储 (7)第3章系统硬件电路的设计 (9)3、1 STC15W4K60S4系列单片机 (9)3、2 LCD12864 (9)3、3硬件系统设计 (11)第4章系统功能的软件设计 (13)4、1单片机软件开发系统 (13)4、2主程序设计及流程图 (13)4、2、1 数字存储示波器系统流程图 (13)第5章结论与展望 (14)5、1结论 (14)5、2展望 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录一 (17)第1章绪论1、1 选题的背景意义与研究现状1、1、1 选题的背景意义据IEEE的文献记载1972年英国Nicolet公司发明了世界第一台数字存储示波器,到1996年惠普科技发明了世界第一台混合信号示波器。
毕业设计论文——数字示波器
![毕业设计论文——数字示波器](https://img.taocdn.com/s3/m/3e134f135f0e7cd184253603.png)
常州信息职业技术学院学生毕业设计(论文)报告系别:电子与电气工程学院专业:微电子技术班号:微071学生姓名:俞斌学生学号:0706033136设计(论文)题目:数字示波器指导教师:刘明建设计地点:常州信息职业技术学院起迄日期:2009.8.1~2009.8.22毕业设计(论文)任务书专业微电子班级微071姓名俞斌一、课题名称:数字示波器二、主要技术指标:1:带宽:1GHZ2:抽样率:5GS3:记录长度:15KPts4:垂直分辨率8bit5:垂直精度±105%6:带限20250MHZ三、工作内容和要求:本设计的设计方案大致可分为几个步骤:首先我们要先了解数字示波器是什么东西其次就是我们要了解数字示波器的一些数据和作用还有特点。
然后我们才能来设计数字示波器的方案,大致列出数字示波器的的内容和所要设计的内容,搜索资料更多的了解数字示波器会对写设计有帮助,根据列表一步步完成设计。
要求:认真有耐性,要对每一个设计方案的步骤要熟悉,条理要分明清晰。
要进行多次修改争取做到最完善。
\四、主要参考文献[1] 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京:北京理工大学出版社.2007.[2] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京:北京航空航天大学出版社 2006.[3] 雷志勇.江建尧.数字存贮示波器的随机采样原理.学生(签名)俞斌2009年6 月26 日指导教师(签名)刘明建2009年6 月26 日教研室主任(签名)2009年6 月27 日系主任(签名)2009年6 月28 日毕业设计(论文)开题报告目录【摘要】【关键词】第一章方案比较与选择1.1:核心处理器选择……………………………………………………………1.2:前级信号调理方案设计………………………………………………………………第二章理论分析与参数计算2. 1 等效采样分析 (12)2. 2垂直灵敏度 (13)第三章电路分析与设计3. 1输入通道调理电路 (21)3. 2采样保持电路 (21)第四章系统程序设计4. 1扫描速度测试 (24)4. 2 采样速率与扫描速度的关系 (27)第五章结束语 (34)第六章答谢词………………………………………………………………参考文献 (36)数字示波器的工作原理摘要: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。
STM32的数字示波器设计
![STM32的数字示波器设计](https://img.taocdn.com/s3/m/f70919e4f9c75fbfc77da26925c52cc58bd69071.png)
STM32的数字示波器设计示波器的设计分为硬件设计和软件设计两部分。
示波器的控制核心采用ARM9,由于STM32芯片里有自带的AD,采样速率最高为500KSPS,分辨率为10位,供电电压为3.3V,基本上能满足本设计要求,显示部分用3.2寸TFTLCD (分辨率:320*240)模块。
软件部分采用C语言进行设计,设计环境为Keil。
硬件总体结构该设计采用模块化的设计方法,根据系统功能把整个系统分成不同的具有特定功能的模块,硬件整体框图如下图所示。
该示波器由4部分电路构成,分别是:(1)输入程控放大衰减电路;(2)极性转换电路;(3)AD转换电路;(4)显示控制电路;(5)按键控制电路;整体设计思路是:信号从探头输入,进入程控放大衰减电路进行放大衰减,程控放大器对电压大的信号进行衰减,对电压小信号进行放大以符合AD的测量范围,经过处理后信号进入极性转换电路进行电平调整成0—3.3V电压,因为被测信号可能是交流信号,而AD只能测量正极性电信号,经调整后送入AD 转换电器对信号进行采样,采样所得数据送入LCD显示,这样实现了波形的显示。
按键控制可以通过不同的按键来控制波形的放大和缩小,同时也可以改变采样间隔,以测量更大频率范围的信号。
STM32处理器介绍STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。
按性能分成两个不同的系列:STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。
增强型系列时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为36MHz,以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能,是16位产品用户的最佳选择。
两个系列都内置32K 到128K的闪存,不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。
时钟频率72MHz 时,从闪存执行代码,STM32功耗36mA,是32位市场上功耗最低的产品。
本设计所用的STM32F103VCT6集成的片上功能如下:(1) 1.2v内核供电,1.8V/2.5V/3.3/V存储器供电,3.3V外部I/O供电(2)外部存储控制器(3)(3) LCD 控制器(4) 4通道DNA并有外部请求引脚(5) 3通道UART(6) 2通道SPI(7) 1通道IIC总线接口1通道IIS总线接口(8) AC’97编解码器接口(9) 兼容SD主接口协议1.0版和MMC卡协议2.11兼容版(10) 2通道USB主机1通道USB设备(11) 4通道PWM定时器和1通道内部定时器/看门狗定时器(12) 8通道10位ADC和触摸屏接口(13) 80个通用I/O和24通道外部中断源LCD显示介绍LCD液晶显示器是Liquid Crystal Display的简称,LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,通过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向,将光线折射出来产生画面。
数字示波器毕业设计
![数字示波器毕业设计](https://img.taocdn.com/s3/m/b42f41987e192279168884868762caaedd33ba27.png)
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。
实验室虚拟数字示波器设计(doc 35页)
![实验室虚拟数字示波器设计(doc 35页)](https://img.taocdn.com/s3/m/08e111b0f5335a8103d220a1.png)
实验室虚拟数字示波器设计(doc 35页)目录摘要 (I)Abstract............................................... I I 1绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2虚拟仪器的概述 (2)1.3 虚拟示波器国内外研究现状 (3)1.4 课题的主要任务 (4)2 虚拟示波器的基本原理 (4)2.1 通用示波器 (5)2.2 数字示波器 (6)2.3 虚拟示波器 (7)3 LabVIEW编程环境介绍 (9)3.1 LabVIEW 简介 (9)3.2 LabVIEW 程序的基本组成 (9)3.3 LabVIEW模板 (10)3.4 子VI的创建和调用 (10)4 虚拟示波器的设计方案 (12)4.1 总体设计方案 (13)4.2 各模块具体设计步骤 (15)4.3 系统调试 (27)5 结论 (29)参考文献 (29)致谢 (30)实验室虚拟数字示波器的设计摘要虚拟仪器的设计观念不同于传统的仪器设计概念,原来要求由硬件来完成的功能,现都可以由软件仿真来实现。
本次设计的虚拟示波器全部由软件编程完成,其原理参考的是通用的双通道数字存储示波器,并在此基础上扩展了数据分析和处理功能。
设计过程采用模块化的设计思路,每个功能都有由一个子VI模块完成,主要包括信号发生、通道选择、滤波器滤波、频谱分析、时间调节、幅值调节、参数测量共七个模块。
整个设计过程中所用到的软件工具是美国 NI公司的LabVIEW2012。
关键词: 虚拟仪器;数字示波器;LabVIEWDesign of Virtual Digital Oscilloscope in LaboratoryAbstractThe new theory, method and fields of the test and the new structure of instrument drove test and control instrument—Virtual Instrument(Ⅵ) based on computer have got development. Virtual instrument have changed the notion of traditional instrument design, which makes the parts are realized by software which werecompleted by hardware, and has obvious technical advantages in intelligence, processing and maneuverability.This article mainly completes software component, the virtual oscilloscope is the principle of the oscilloscope refers the universal double channel digital storage oscilloscope, then expands the instrument analysis and processing function. The development tools of the whole development process are LabVIEW2012 of American NI company.Key Words:Virtual Instrument;Digital Oscilloscope;LabVIEW1绪论1.1课题研究背景及意义1.1.1课题研究背景由于科学技术的飞速发展,在越来越多的领域里都会用到电子测量技术。
基于单片机和FPGA的数字示波器的设计
![基于单片机和FPGA的数字示波器的设计](https://img.taocdn.com/s3/m/b9e483cd8bd63186bcebbc2f.png)
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
![基于FPGA数字示波器设计](https://img.taocdn.com/s3/m/6ccff848767f5acfa1c7cde5.png)
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。
数字示波器的教案
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数字示波器的教案教案标题:数字示波器的教案教案概述:本教案旨在引导学生了解数字示波器的原理、功能和应用,并通过实践操作数字示波器,培养学生的实验能力和数据分析能力。
本教案适用于中学物理课程,旨在帮助学生深入理解波的特性和测量方法。
教学目标:1. 了解数字示波器的原理和工作方式。
2. 掌握数字示波器的基本操作方法。
3. 学会使用数字示波器进行波的测量和分析。
4. 培养学生的实验能力和数据处理能力。
教学准备:1. 数字示波器设备及配件。
2. 实验室或教室中的波发生器。
3. 相关教学资料和实验指导书。
教学过程:引入:1. 引导学生回顾波的基本概念和特性,如振幅、频率、周期等。
2. 提问学生对示波器的了解程度,引导学生思考示波器在测量波的特性时的作用。
理论讲解:1. 介绍数字示波器的原理和工作方式,包括采样、存储、显示等基本原理。
2. 解释数字示波器的功能和优势,如高精度、高速率、多功能等。
示范操作:1. 演示如何正确连接数字示波器和波发生器。
2. 演示数字示波器的基本操作方法,如设置时间基准、垂直缩放、触发等。
3. 演示如何使用数字示波器测量不同类型的波形,如正弦波、方波、脉冲波等。
实践操作:1. 学生分组进行实践操作,使用数字示波器测量不同波形的特性。
2. 引导学生观察和记录实验数据,并进行数据分析和结果讨论。
3. 鼓励学生在实践中提出问题和解决问题的方法,培养实验和探究的能力。
总结与评价:1. 回顾本节课的重点内容,强调数字示波器的应用和实验结果的意义。
2. 鼓励学生分享实践操作中的体会和心得,促进学生之间的交流和合作。
3. 对学生的实验操作、数据分析和讨论进行评价和指导,提出改进建议。
拓展活动:1. 鼓励有兴趣的学生深入了解数字示波器的更高级功能和应用领域。
2. 组织学生进行小组研究,探索数字示波器在其他科学领域的应用案例。
3. 鼓励学生撰写实验报告,分享实验过程和结果,培养科学写作和表达能力。
基于单片机的数字存储示波器设计
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ABS TRACT : r q e c aa me s r y tm s c mp s d o T8 C 1 a d p f h rl.b sn e b a d ,i i F e u n y d t- au e s s e i o o e f A 9 5 n e p e as y u i g k y o r s t s i u e o r aie t e s e e d t c urn ,p c s i g tr g a d d s l yn t te s me t ,u e s c n g t a d r c c s d t e l h c n a a a q i g z i o r e sn ,so n n ip a i g a h a i i me s r a e i ta - e k o l d e w ih i aa a q i d i o g r n e t n w e g h c t d t c r n a ln - a g i s u e me , rh r r , a e s o d b v - h w a p ia in u e s f t e mo u e i c n b h we y wa e s o p l t s,s r t c o pa a e p r i a h se f t e d t c u r g ,r c s ig  ̄r g a d d s ly n .T i y tm al d s l y t e s e e n t k a t n e c t p o h aa a q i n p o e sn ,s i n ipa i g h s s se c l ip a h c H i n
d t wt e a dsl i ut ̄ cuete sn nu hme r i t a A 8 C 1 oWe ne ol gri r・ a i sr l i a c c i eas r i Oeo g mo n i e l T 9 5  ̄ ed t a e t po a h i py r he y nr n r s
基于单片机的简易数字示波器的设计制作
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基于单片机的数字示波器的设计
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序上 , 二者 的共 同工作促进 了单片机跌数字示 波器的正常工 作 。 M5 1 首先在 图形绘画工作 已完成的基础上对8 9 C 5 2 进行基本的命令 下达 , 而传达 的命 令借 助数 字代码的形式表达真正的含义 , 比如0 2 代表着 画单行垂直 线、 O 3 代表 画单行水平 线而 o B 意 味着发 送1 2 8 个 字节数据 。 最后8 9 C 5 2 在接受 了上级指令后进行具体的填图工作 , 最 终完 成软 件设 计的整个过程 。 ( 1 ) 8 9 C 5 2 程序 。 在8 9 C 5 2 程序 的设计过程 中, 采取 的是计算机嵌 入式的设计方 案 , 在 计算机 的工 作过程 中显示 器可 以做 到脱机工 作。 8 9 C 5 2 在 整个工作过程 中都 是受M5 1 程序 的直 接控制 的, 采取 1基 于 单片 机 的 数字 示 波 器工 作 原 理 C P U通讯模式。 在该程序的工作过程 中可 自行完成 的部分首先应该 示波器为 比较常用 的、 通用的 电子测试仪器之一 , 能够对作为 将9 2 H输送 给S C O N装置 , 在输送完成后打开数据传送 口直至RI 值 实践 函数 的一种 常见 电压 波形进行精准 的复现 。 一 般情 况 , 示波器 为1 。 在此过程 中, M5 l 会间断的传送8 个数据指令 , 因此该工作要进 的适用范围并不固定 , 可 以根据其使用 范围的差异对其进行类型 的 行 8 次 循环 才 能 进 行 下 一 步 工作 。 需 要注 意 的是 , 在每 次 循环 重 新 开 分化 。 就其概念而言 , 示波器的数字形式和模拟形式应该属于同类 , 始的时候 , 之前的数据必须存进储存器 中, 显存设备残 留的数据需 均可 以完成相应的测量面对电压 波形进行显示[ 1 1 。 但是, 模拟类型的 要清零才可 以进行下一轮的循环工作。 接受了绘图指令 的程序需要 示波器一般利用 比较传统 的电路技术, 能够将需要显示 的波形显示 在循环彻底 终结后才可 以选择 退 出 , 否则 该循环过 程就会 中途 中 在极 阴射线管上 , 而数字示波器 则将原有的信号转换为了数字的形 断 , 影 响整个示 波器 的运转 。 ( 2 ) M5 l 程序 。 相 比之 下, 作为操作指令 式进 行存储。 数字示波器在工 作的过程当 中, 利用前置放大器输 出 的发布者 , M5 1 的工作过程就要简单得多, 只需要将数据输送端 口传 相应 的信 号 , 从而进行 跟踪存储 并进行 电路取 样 , 后利用A/ D 转换 递过来的数据 在系统允 许的情 况下对 8 9 C5 2 发布指令 , 然后等 待整 器将 其数字化 , 变为数字形式 。 个程序的最终停止并将最后 的结果上 报给系统 终端 即可。 不过 , 在
基于Arduino的数字示波器设计
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基于Arduino的数字示波器设计
Arduino是一款开源的硬件和软件平台,非常适合初学者学习
电子和编程。
基于Arduino开发一款数字示波器,需要以下材料:
1. Arduino Uno板
2. OLED屏幕
3. Potentiometer电位器
4. 电容和电阻器材
5. 杜邦线
示波器主要有两个功能,一个是采集信号,一个是显示波形。
采集信号需要一个输入电路,示波器输入电路通常采用阻容耦合,
保证输入信号不改变原有波形,同时能够减小干扰信号。
本设计采
用一个独立的输入电路,可以读取0到5V范围内的电压信号。
均压
电路可通过电容放大器解决。
将OLED屏幕与Arduino Uno板相连,使用OLED库显示波形。
调节Potentiometer电位器,使波形在屏幕上移动。
最后,将Arduino编程实现示波器的基本功能,如采集、显示、触发亚分等。
具体代码实现可参考相关示例。
总的来说,开发基于Arduino的数字示波器并不难,特别是对
于初学者来说。
根据具体需求,可以适当增加模块,定制更强大的
功能。
数字示波器完整设计过程!
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基于Mini51板的数字示波器设计基于Mini51板硬件资源,构思数字示波器的方案已经思考很久了,总是没有集中的时间,一个稍微复杂的设计完成创作需要集中的时间才能完成,这次利用学期结束的一段集中时间,完成了基于LCD12864显示的数字示波器程序设计,现在将文档写出来供大家交流学习用。
在此声明,这个教程是写给初学者看的,我会从简单到复杂一步一步详细介绍设计过程,甚至是调试的过程,还包括一些经验总结,特别是提供了完整的keil工程附件。
希望读者立足示波器项目,学到更多关于软硬件开发的一些经验技巧。
1 简易数字示波器原理数字示波器基本原理可以简单理解为:数据采集+图形显示,该过程循环进行,如图1-1所示。
首先是数据采集,这一版我们直接用Mini51板上的ADC“TLC1549”。
(如果你没有ADC,也可能没有信号发生器,后面会介绍一种正弦表调试方法。
)TLC1549驱动函数unsigned int read_adc(void)。
图1-1 简易数字示波器流程图unsigned int read_adc(void){unsigned char i;unsigned int temp=0;ADC_CS = 0; //开启控制电路,使能DA和CK IO引脚for(i=0;i<10;i++) { //采集10次,即10bitADC_CK = 0;temp <<= 1;if(ADC_DA) temp++;ADC_CK = 1;}ADC_CS = 1;return(temp);}以上是是驱动TLC1549的函数,如果你还想彻底弄清TLC1549的各种参数,请参考数据手册TLC1549.pdf,使用该函数需要注意的是,两次调用该函数之间的间隔要超过21us,AD转换是要一段时间的,在高速系统中时间控制尤其关键。
Mini51板单片机在22.1184M晶振时钟频率下运行,连续两次AD采集数据并将数据写入外部扩展RAM变量缓冲区,之间的时间间隔实测略小于21us 的,需要适当延时。
数字示波器的实验内容和主要步骤
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数字⽰波器的实验内容和主要步骤⼀、实验仪器图⽚参照1、函数信号发⽣器图⽚2、数字⽰波器图⽚TDS2002数字⽰波器TDS1001B数字⽰波器⼆、实验内容介绍实验内容⼀:熟悉数字⽰波器⾯板各功能键实验内容⼆:1.简单测量正弦信号的频率、周期及峰—峰值1)选择输出信号为正弦信号,按下“DEFAULT SETUP”按钮,再按下“AUTO SET”按钮,综合使⽤仪器按钮,使得数字⽰波器的屏幕正好显⽰3个周期的正弦波。
2)按下数字⽰波器的“CH1 MENU”按钮,此时屏幕出现的菜单对应“探棒”选择“1 X ”档;3)使⽤数字⽰波器的“MEASURE”按钮,选择测量类型,测量出此3个周期的频率、周期及峰—峰值。
4)如此完成了⼀次测量,重复步骤3),共完成此3个周期信号频率、周期及峰—峰值的8次测量,并写出各物理量仪器的⽰值误差。
2.使⽤软件打印此3个周期的正弦信号。
使⽤软件打印出前⼀步骤所对应的3个周期正弦信号。
注意:TDS2002型数字⽰波器使⽤的是“WaveStar”软件;TDS1001型数字⽰波器使⽤的是“NI Signal Express Tektronix Edition”软件记录下“使⽤软件打印正弦波信号图形”的详细操作步骤。
附⼀:采⽤计算机中的“WaveStar”软件打印图形1)打开“WaveStar”软件,点击左边界⾯“Local”选项的“+”,弹出“Tek TDS 1000 Series”选项;2) 点击“Tek TDS 1000 Series”选项的“+”,然后点击“Data”选项的“+”;3)将“Waveforms”选项打开;4)这时点击“File”→“New Datesheet”→“YTsheet”,点击“OK”;5)击中界⾯左边“Waveforms”的“CH1”,并拖动到“YTsheet”⼯作表⾥;6)这时点击“Edit”→“New Annotation”,出现⼀个注释框,在注释框⾥输⼊注释信息(⽐如图形名称、姓名、学号、班级等);7)在图上右击,选择“Print Datasheet…”→“OK”(或者:选择打印图标“Print Datasheet”),这个时候就会在打印机上打印出图形。
简易数字示波器设计报告
![简易数字示波器设计报告](https://img.taocdn.com/s3/m/63b7208bbed5b9f3f80f1c3d.png)
简易数字示波器设计报告学校:苏州大学学院:电子信息学院班级:电子与通信工程组员:王婷杨静芝范静第一章设计内容与要求1. 1 设计内容:设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器,示意图如图1所示。
图1 数字示波器示意图1. 2 基本设计要求:(1)被测周期信号的频率范围为10Hz~10MHz,仪器输入阻抗为1M ,显示屏的刻度为8 div×10div,垂直分辨率为8bits,水平显示分辨率≥20点/ div。
(2)垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档。
电压测量误差≤5%。
(3)实时采样速率≤1MSa/s,等效采样速率≥200MSa/s;扫描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三档,波形周期测量误差≤5%。
(4)仪器的触发电路采用内触发方式,要求上升沿触发,触发电平可调。
(5)被测信号的显示波形应无明显失真。
1. 3 扩展要求:(1)提高仪器垂直灵敏度,要求增加2mV/div档,其电压测量误差≤5%,输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。
(2)增加单次触发功能,即按动一次“单次触发”键,仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储(被测信号的频率范围限定为10Hz~50kHz)。
第二章系统的总体设计2. 1 总体框图:2. 2 硬件系统设计:2.2.1输入信号调理电路:图2输入信号调理电路该电路中涉及到的芯片有:(1)AD603:在很多信号采集系统中,信号变化的幅度都比较大,那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程,所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。
在自动化程度要求较高的系统中,希望能够在程序中用软件控制放大器的增益,或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。
AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。
它是美国ADI公司的专利产品,是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放,如增益用分贝表示,则增益与控制电压成线性关系,压摆率为275V/μs。
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计算机工程应用技术本栏目责任编辑:贾薇薇数字示波器的设计刘岩(天津工业大学信息与通信工程学院,天津300160)摘要:数字示波器是现代电子测量中最常角的仪器,它是一种可以用来观察、测量、记录各种瞬时电压,并以波形方式显示其与时间关系的电子仪器。
本文中详细介绍了数字存储示波器的原理及特点,给出了一种以单片机和可编程逻辑器件为控制核心的设计方案,同时给出了其硬件和软件设计的结构及思路。
关键词:数字示波器;模块化;FPGA中图分类号:TM935文献标识码:A文章编号:1009-3044(2008)20-30375-02TheDesignofDigitalOscilloscopeLIUYan(TianjinIndustryUniversity,InformationandCommunicationEngineeringInstitute,Tianjin300160,China)Abstract:Themodernelectronicdigitaloscilloscopeisthemostcommonlymeasuredangleoftheapparatus,whichisacanbeusedtoob-serve,measureandrecordallkindsoftransientvoltageandwavetoshowtheirrelationshipwiththetimetheelectronicdevice.Thisarticledescribedthedigitalstorageoscilloscopeindetailandtheprinciplefeaturesofthispaper,amicrocontrollerandaprogrammablelogicdevicetocontrolthecoreofthedesignplan,andgaveitshardwareandsoftwaredesignofthestructureandideas.Keywords:Digitaloscilloscopes;modular;FPGA1引言数字示波器是智能化数字存储示波器的简称,是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物。
它能够长期存储波形,可进行负延时触发,便于观侧单次过程和缓变信号,具有多种显示方式和多种输出方式,同时还可以进行数学计算和数据处理,功能扩展也十分方便,比普通模拟示波器具有更强大的功能,因此在电子电信类实验室中使用越来越广泛。
2数字示波器的工作原理数字存储示波器不是将波形存储在示波管内的存储栅网上,而是存在存储器中,因而存储时间可以无限长。
数字存储示波器主要利用A/D转换技术和数字存储技术来工作,它能迅速捕捉瞬变信号并长期保存。
该示波器首先对模拟信号进行高速采样以获得相应的数字数据并存储,存储器中储存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形;然后利用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算,从而获得所需要的各种信号参数;最后,该示波器根据得到的信号参数绘制信号波形,并对被测信号进行实时、瞬态分析,以方便用户了解信号质量,快速准确地进行故障诊断。
数字存储示波器将输入模拟信号经过AD/转换,变成数字信号,储存在半导体存储器RAM中,需要时将RAM中存储的内容读出显示在LCD,或通过DA/转换,将数字信号变换成模拟波形显示在示波管上。
数字存储示波器框图如图l所示。
数字存储示波器可以采用实时采样,每隔一个采样周期采样一次,可以观察非周期信号川。
数字示波器的采样方式包括实时采样和等效采样(非实时采样)。
等效采样又可以分为随机采样和顺序采样,等效采样方式大多用于测量周期信号。
数字示波器工作原理框架如图1。
图1数字存储示波器的基本原理方框图3数字示波器的主要特点与传统的模拟示波器相比,数字存储示波器有其非常突出的特点,其具体表现如下:(1)信号采样速率大大提高数字存储示波器首先在采样速率上有较大地提高。
可从最初采样速率等于两倍带宽提高至五倍甚至十倍。
相应对正弦波取样引入的失真也从10%降低至3%甚至1%。
(2)显示更新速率更高数字存储示波器的显示更新速率最高可达每秒40万个波形,因而在观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲方面更加方便。
(3)波形的采样、存储与显示可以分离在存储阶段,数字示波器可对快速信号采用较高的速率进行采样与存储,而对慢速信号则采用较低速率进行采样与存储;在显示阶段,不同频率的信号读出速度可以采用一个固定的速率并可以无闪烁地观测极慢信号与单次信号,这是模拟示波器所无能为力的。
(4)存储时间长由于数字存储示波器是把模拟信号用数字方式存储起来,因此,其存储时间理论上可以无限长。
(5)显示方式灵活多样为适应对不同波形的观测,数字存储示波器有滚动显示、刷新显示、收稿日期:2008-04-22存储显示、插值显示等多种显示方式。
(6)测量结果准确LCD上每个光点都对应存储区内确定的数据。
操作时可用面板上的控制装置(如游标)在LCD上标示两个被测点,以算出两点间的电压或电流,再利用计算机的字符显示功能在LCD上直接显示测量结果,从而减少了人为误差,提高了测量的准确度。
(7)触发功能先进与模拟示波器不同,数字存储示波器不仅能显示触发后的信号,而且能显示触发前的信号还可以任意选择超前和滞后的时间。
(8)便于程控并具有多种方式的输出由于数字存储示波器的主要部分是数字系统,又由微计算机管理,故可通过接口接受程序控制,也可通过接口用于各种方式的输出。
4数字存储示波器的系统结构示波器主要以微处理器、数字存储器、A/D转换器与D/A转换器为核心,输人信号经过A/D转换器把模拟波形转换成数字信息,存储在数字存储器内,显示时再从存储器中读出。
通过接口可以与计算机相连,利用机内微处理器系统对存储的信号作进一步处理.也可以直接将数字信号送至液晶显示器,这样大大改进显示特性,增强功能,便于程控化和智能化。
比传统数字示波器精确得多的实时波形采集技术,使数字测量更加精确,主要用于高精度测量和分析,以及组成自动测试系统。
其主要性能指标包括采样速率、带宽、显示更新速率、存储深度等。
按照从整体到局部的系统设计原则,根据现代数字存储示波器的性能指标要求和实际研制需要,首先确定所设计的DSO系统应该具备的功能和所需达到的性能。
(1)被测周期信号的频率范围为10Hz~10MHz,仪器输入阻抗为1MW,显示屏的刻度为8div×10div,垂直分辨率为8bits,水平显示分辨率≥20点/div。
(2)垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档。
电压测量误差≤5%。
(3)实时采样速率≤1MSa/s,等效采样速率≥200MSa/s;扫描速度要求含20ms/div、2μs/div、100ns/div三档,波形周期测量误差≤5%。
(4)有自动设置功能,具有多种采集、触发和显示方式。
(5)仪器的触发电路采用内触发方式,要求上升沿触发,触发电平可调。
(6)系统失真小、精度高、抗干扰性强,能稳定工作在各种工作环境中。
根据上述的设计指标要求,参考基于ARM+FPGA架构的系统设计原则,我们将本系统设计成由以下几个子系统组成:模拟通道、数据采集和处理模块、系统控制模块、键盘与显示模块、电源模块和系统监控电路模块。
相应的结构框图如图2所示。
通道2和外部触发通道的输入信号调理电路,信号调理电路是将通道和触发信号进行放大或衰减、滤波等调理,把被测信号调节到VIPs=500mV~2V的ADC满量程范围。
数据采集和处理模块主要器件为高速ADC和FPGA。
ADC负责将调理过的信号采集下来,FPGA根据触发信号对采集下来的波形值进行接收、插值和存储,并将存储的波形值传输给ARM主控模块进行后续的处理和显示工作。
考虑到系统对采样速率的高要求,我们采用了并行采样技术,利用两个500M的ADC分别在时钟信号的上升沿和下降沿采样来实现最高1G的采样速率。
这样不但可以降低数据的数率以便后端的处理,也减少了系统成本。
系统控制模块完成对系统其它模块的控制,并接收FPGA传输来的波形值,根据键盘的操作对波形和菜单进行实时的显示与更新。
它还完成系统与上位机的通信。
本系统对系统任务进行了合理的分割,引入了嵌入式实时操作系统μCOS-Ⅱ来调度系统的各个任务。
键盘与显示模块主要完成系统的人机交互工作以及波形和菜单的实时显示和更新。
本系统采用一个单片机单独管理键盘,一个LCD显示器作为系统的显示部件。
操作者每一次按键时,单片机都向主CPU发出一个中断,主CPU响应键盘的中断,并对键语进行分析,根据操作者的要求实时地更新菜单和波形。
电源模块完成对系统的供电功能;系统监控电路模块完成对整个系统运行状况的实时监控工作,一旦发生异常,复位整个系统。
图2数字存储示波器系统结构框图5系统软件设计系统采用硬件描述语言,VHDL,按模块化方式进行设计,并将各模块集成于FPCA芯片中,然后通过Quar-tusll4.1软件开发平台,对设计文件自动地完成逻辑编译、逻辑化简、综合优化、逻辑布局布线、逻辑仿真,最后对FPGA芯片进行编程,实现系统的设计要求。
系统主要实现的功能是提供良好的人机交互功能,包括显示波形、键盘控制和通信等功能。
系统软件设计的目标是在硬件的基础上,能实现所设计的各种功能,而且系统的稳定性要好,实时性要高。
本系统主要实现系统的初始化、信号的采集与转换、存储、显示及通信等功能。
本系统的软件整体框架如图3。
初始化部分是系统加电后首先执行的动作,主要完成的任务有:定义程序中使用的全局变量或数组,并对其进行初始化;对液晶进行复位,向液晶发初始化命令,清除液晶显示缓冲区、初始化液晶模块内部寄存器等;进入显示主界面;设置默认的衰减/放大倍数;设置触发产生电路的触发信号比较电平;初始化键盘扫描电路;初始化触发电路,其中包括触发信号是来自内部还是外部,上升沿还是下降沿触发,自动触发还是单次触发等;根据时基大小设置采样时钟的分频比。
初始(下转第382页)(上接第376页)化完成后进入主循环,系统开始正常工作。
初始化是保证系统正常运作的基础,只有正确配置了CPU的工作模式寄存器、空间控制寄存器、中断向量表等参数,CPU才能进入正常的工作状态。
参数提取是把系统软件的状态字、标志字、环境变量等常用参数从FLASH中读取到RAM中。
系统在初始化阶段关闭中断,当初始化完成后开中断,响应数据采集中断、定时中断和复位中断。
主循环部分主要工作是负责正常显示时的数据处理和波形显示,它根据不同的显示状调用相应的处理和显示程序。
数据采集和显示过程中,主程序首先判断采样是否结束,如果结束,再判断系统是否处于扫描模式。
6结束语利用本文提出的以单片机和可编程逻辑器件为控制核心的数字存储示波器可以实现波形的采集、存储、参数的处理与计算等功能,而且轻巧便携、简单实用。