E题-脉冲信号参数测量仪报告
2016年TI杯大学生电子设计竞赛
2016年全国大学生电子设计竞赛脉冲信号参数测量仪（E题）【本科组】参赛学校：山东工商学院参赛队员：陈阳李新太张慧丽参赛编号：028E212016年7月28日1 / 13摘要由于现在时代的快速发展，越来越多的科技品用在日常生活中，满足了我们的需求，方便了我们的生产。
所以本文论述了脉冲信号参数测量仪的设计思路和过程.本设计是基于单片机STM mini 32的信号发生器及各种芯片和各个程序来设计和实现。
信号发生器基于芯片LM 311，TLV3501及外围电路设计的通过控制定时器中的捕获和分频电路可以改变频率。
对于占空比，是通过两个定时器，一个测频率周期，另一个测输入捕获。
对于幅度测量，只需求出峰值电路即可。
对于上升时间的测量，通过高速比较器来获得，最后我们用芯片AD9850又制作了一个矩形脉冲信号发生器。
本实验在误差允许的范围内具有可行性。
关键字：STM mini 32、LM311、TLV3501 ，AD9850。
AbstractThis article discusses the measuring instrument of pulse signal parameters designed idea and process. This design is based on single chip microcomputer STM mini 32 signal generator and frequency and amplitude measurement instrument design and implementation. Signal generator bases on chips and peripheral circuit design by controlling the timer in the capture and frequency division circuit can change the frequency. For duty ratio, it is through the two timers, a frequency measurement period, input capture another test. Circuit for amplitude measurement, which only needs a peak. For measuring rise time, getting through the high-speed comparator.Keywords: STM mini 32、LM311、TLV3501 ，AD9850。
脉冲实验报告
一、实验目的1. 理解脉冲信号的基本特性；2. 掌握脉冲信号的分解与合成方法；3. 熟悉脉冲信号在信号处理中的应用。
二、实验原理脉冲信号是一种离散时间信号，具有快速上升和下降的波形。
脉冲信号在通信、控制、信号处理等领域具有广泛的应用。
本实验主要研究脉冲信号的分解与合成方法，以及脉冲信号在信号处理中的应用。
三、实验内容1. 脉冲信号的分解（1）实验目的：了解脉冲信号的分解方法，掌握使用示波器观察脉冲信号分解过程。
（2）实验原理：通过观察不同频率、不同幅度、不同脉冲宽度的脉冲信号，了解脉冲信号的分解特性。
（3）实验步骤：① 准备示波器、脉冲信号发生器、衰减器等实验设备；② 设置脉冲信号发生器的参数，如频率、幅度、脉冲宽度等；③ 将脉冲信号输入示波器，观察脉冲信号的波形；④ 逐渐改变脉冲信号的参数，观察脉冲信号分解过程。
2. 脉冲信号的合成（1）实验目的：掌握脉冲信号的合成方法，了解脉冲信号合成后的特性。
（2）实验原理：利用傅里叶级数将分解后的脉冲信号重新合成，观察合成后的脉冲信号波形。
（3）实验步骤：① 将分解后的脉冲信号分别通过不同频率、不同幅度、不同脉冲宽度的滤波器；② 将滤波后的信号分别输入加法器，合成新的脉冲信号；③ 观察合成后的脉冲信号波形，分析其特性。
3. 脉冲信号在信号处理中的应用（1）实验目的：了解脉冲信号在信号处理中的应用，掌握脉冲信号滤波、调制等方法。
（2）实验原理：脉冲信号在信号处理中具有重要作用，如滤波、调制、解调等。
（3）实验步骤：① 使用脉冲信号对原始信号进行滤波处理，观察滤波效果；② 使用脉冲信号对原始信号进行调制处理，观察调制效果；③ 使用脉冲信号对调制信号进行解调处理，观察解调效果。
四、实验结果与分析1. 脉冲信号的分解实验结果表明，脉冲信号的分解与参数设置密切相关。
随着频率、幅度、脉冲宽度的改变，脉冲信号的分解特性也随之变化。
2. 脉冲信号的合成实验结果表明，通过分解后的脉冲信号合成新的脉冲信号，可以观察到合成后的脉冲信号波形与原始脉冲信号具有相似性。
E题脉冲信参数测量仪报告修订稿
E题脉冲信参数测量仪报告公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]脉冲信号参数测量仪摘要：本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，采用FPGA 与单片机相结合的方式制备出可测量脉冲信号频率、占空比、幅度、上升时间的测量仪以及标准脉冲信号发生器。
本设计由以下功能模块构成：前端信号处理模块、峰值检波模块、窗口比较器模块、幅值升压模块等。
利用FPGA 的强大处理能力，完成数字信号处理，并将处理后的信号送至单片机进行显示，设计中综合运用了电容去耦、滤波以及同轴电缆等抗干扰措施，减少了电路干扰。
在FPGA 内有等精度测频模块、占空比测量模块和上升时间测量模块、标准脉冲产生模块等。
显示与校准通过单片机完成。
关键词：峰值检波窗口比较器 脉冲参数测试仪 标准脉冲信号发生器一、系统方案1.方案论证与比较方案一：图1所示为中规模电路脉冲信号测量仪。
此方案采用中规模数字电路构成，主要由比较器、功能选择、量程选择、计数器和控制模块组成。
该方案电路复杂，频带过窄，功能不强，实现起来比较困难。
故不采用此方案。
图1小规模数字电路原理框图方案二：图2所示为纯单片机方案，该方案以单片机为核心。
门控信号由单片机内部计数定时器产生。
该方案成本低，但受单片机本身限制，其时序控制能力弱，处理速度慢，无法达到本次设计要求。
故不采用此方案。
图2 纯单片机方案原理框图方案三：图3所示为FPGA 与单片机相结合的方案。
此方案中，FPGA 构成主要测量模块，输入信号经过前端处理电路，得到5V 信号输入到FPGA 中。
单片机控制FPGA完成各种测量功能并显示测量数据。
该方案外围元件相对较少，对高速信号处理速度快，精度高，且控制灵活、可靠性高。
图3 FPGA与单片机结合方案原理框图综上所述，本设计拟采用方案三。
2.总体方案设计当进行频率测量时，脉冲信号进入前置分挡模块。
当信号较大时衰减，当信号较小时放大。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛题E-脉冲信号参数测量仪V3
2016年TI杯大学生电子设计竞赛
E题：脉冲信号参数测量仪
1.任务
设计并制作一个数字显示的周期性矩形脉冲信号参数测量仪，其输入阻抗为50Ω。
同时设计并制作一个标准矩形脉冲信号发生器，作为测试仪的附加功能。
2.要求
（1）测量脉冲信号频率f O，频率范围为10Hz～2MHz，测量误差的绝对值不大于0.1%。
（15分）（2）测量脉冲信号占空比D，测量范围为10％～90％，测量误差的绝对值不大于2%。
（15分）（3）测量脉冲信号幅度V m，幅度范围为0.1～10V，测量误差的绝对值不大于2%。
（15分）（4）测量脉冲信号上升时间t r，测量范围为50.0～999ns，测量误差的绝对值不大于5%。
（15分）（5）提供一个标准矩形脉冲信号发生器，要求：（30分）
a)频率f O为1MHz，误差的绝对值不大于0.1%；
b)脉宽t w为100ns，误差的绝对值不大于1%；
c)幅度V m为5±0.1V（负载电阻为50 ）；
d)上升时间t r不大于30ns，过冲σ不大于5%。
（6）其他。
（10分）（7）设计报告。
（20分）
3.说明
（1）脉冲信号参数的定义如图1所示。
其中，上升时间t r是指输出电压从0.1V m上升到0.9V m所需要的时间；过冲σ是指脉冲峰值电压超过脉冲电压幅度V m的程度，其定义为×100%。
σ=ΔV m
V m
图1 脉冲信号参数的定义
（2）被测脉冲信号可采用基于DDS的任意波形信号发生器产生的信号。
脉搏心率测量仪开题报告
供后部分模块处理。
信号处理模块：信号处理模块包括信号放大电路，低通滤波器以及电压比较器。
其功能为将前面有脉搏信号转换为TTL信号。
这是本系统中最关键的一部分，也是设计的重点。
控制模块：控制模块以C8051F330为核心，主要负责计数心跳并计算一分钟的心跳次数，按键控制，显示控制。
四、论文拟解决的关键问题及难点
传感器：脉搏传感器采集脉搏信息输出电压信号。
放大与整形电路：将输出电压信号经信号放大电路对其进行放大。
然后，将放大后的脉搏信号通过电压基准变化电路和过零比较器转换为单片机易于处理的脉冲信号。
心率测定与显示：通过单片机编程对脉冲信号进行处理，实现对脉搏波动频率的测量和计算，最终在LED中直观地显示出来。
五、研究方法
综合各方面因素，决定采取光电传感器来抓取心率信号。
血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比血液中大几十倍，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器来拾取脉搏信号。
反向偏压的光敏二极管，它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性，在一定光强范围内，光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。
指端血管的容积和透光度随心搏改变时，。
2017培训 脉冲信号参数测量仪解析
2 仪器类赛题训练建议
（2）准确理解电子仪器各项指标是做好设计的关键
电子仪器的价值由各项技术指标的优良程度决定；电子竞赛 的评分体系也是以技术指标的完成程度来评价。电子仪器的功能 是测试其它电子系统的性能，因此对技术指标的要求更加严格。 电子仪器含多项技术指标，其中最核心的是测量误差，其他 技术指标基本上都与测量误差有关。对于许多测量来讲，测量工 作的价值几乎全部取决于它的准确程度。
。
方案一：基于窗口比较器的上升时间测量方法 测量算法：
通过窗口比较器，把上升时间tr转换 为时间间隔T。
90%Vm Vin 10%Vm
+ + -
被测信号 m50%Vm
V
Vo1 Vo
Vo2
上升时间 时钟脉冲 计数值
窗口比较器电路
用标准时钟填充这段时间间隔，得 到对应tr的计数值。
为了减少±1字误差的影响，可以采 用多周期平均的测量方法。
被测信号
输入 通道电路
A/D 转换器
为了达到测量精度， A/D转换 器的分辨率应足够高（3倍以上） 例，分辨率为0.5%（4倍）
例如， 选择10位A/D转换器，其输入电压幅度范围为0～2.5V，即 2.5V ─→ 1024（0.1%） 1.25V ─→ 512（0.2%） 0.5V ─→ 204（0.5%）
① ② ③ ④ 电压类测量仪器 时间频率类测量仪器 数字示波测量仪器 信号发生器
许多仪器包含多个基本电子仪器模块。例如，脉冲信号参数测量 仪包含了以上 ① ② ④ 三个模块。 若能较好地掌握这４类基本电子仪器的设计，在进行其他类型电 子仪器设计时，只要根据题目要求再学习一些相关知识，就能很快地 进入设计状态。
采样脉冲
高频脉冲实验报告
一、实验目的1. 理解高频脉冲的基本概念和特性。
2. 掌握高频脉冲信号的产生、传输和检测方法。
3. 学习使用相关仪器设备进行高频脉冲实验。
4. 分析高频脉冲信号的波形和参数，验证理论公式。
二、实验原理高频脉冲信号是一种周期性变化的电信号，其频率远高于普通交流信号。
在高频脉冲实验中，我们主要关注以下方面：1. 脉冲产生：通过晶体管、集成电路等电子元件产生高频脉冲信号。
2. 脉冲传输：研究高频脉冲信号在传输线上的传播特性，包括衰减、色散和反射等。
3. 脉冲检测：使用示波器等仪器设备检测和分析高频脉冲信号的波形和参数。
三、实验仪器与设备1. 晶体管或集成电路2. 高频信号发生器3. 高频示波器4. 传输线5. 测试线夹6. 万用表7. 调制解调器（可选）四、实验内容1. 脉冲产生：（1）搭建晶体管或集成电路产生高频脉冲信号的电路。
（2）调整电路参数，观察并记录脉冲信号的波形和参数。
（3）分析脉冲信号的波形和参数，验证理论公式。
2. 脉冲传输：（1）搭建传输线实验电路，将脉冲信号从产生端传输到检测端。
（2）观察并记录传输线上的脉冲信号波形，分析脉冲信号的衰减、色散和反射等特性。
（3）计算传输线上的特性阻抗，验证理论公式。
3. 脉冲检测：（1）使用示波器检测和分析脉冲信号的波形和参数。
（2）调整示波器参数，观察脉冲信号的上升时间、下降时间、占空比等特性。
（3）分析脉冲信号的波形和参数，验证理论公式。
五、实验结果与分析1. 脉冲产生：实验结果表明，晶体管或集成电路可以产生高频脉冲信号。
通过调整电路参数，可以改变脉冲信号的波形和参数。
2. 脉冲传输：实验结果表明，传输线对高频脉冲信号有衰减、色散和反射等特性。
通过计算传输线上的特性阻抗，可以验证理论公式。
3. 脉冲检测：实验结果表明，示波器可以有效地检测和分析高频脉冲信号的波形和参数。
通过调整示波器参数，可以观察到脉冲信号的上升时间、下降时间、占空比等特性。
六、实验结论1. 高频脉冲信号是一种重要的电子信号，在通信、雷达、医疗等领域有着广泛的应用。
常用信号测量实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 熟悉常用信号测量仪器的操作方法。
2. 掌握信号的时域和频域分析方法。
3. 学会运用信号处理方法对实际信号进行分析。
二、实验原理信号测量实验主要包括信号的时域测量、频域测量以及信号处理方法。
时域测量是指对信号的幅度、周期、相位等参数进行测量；频域测量是指将信号分解为不同频率成分，分析各频率成分的幅度和相位；信号处理方法包括滤波、放大、调制、解调等。
三、实验仪器与设备1. 示波器：用于观察信号的波形、幅度、周期、相位等参数。
2. 频率计：用于测量信号的频率和周期。
3. 信号发生器：用于产生标准信号，如正弦波、方波、三角波等。
4. 滤波器：用于对信号进行滤波处理。
5. 放大器：用于对信号进行放大处理。
6. 调制器和解调器：用于对信号进行调制和解调处理。
四、实验内容与步骤1. 时域测量（1）打开示波器，调整波形显示，观察标准信号的波形。
（2）测量信号的幅度、周期、相位等参数。
（3）观察不同信号（如正弦波、方波、三角波）的波形特点。
2. 频域测量（1）打开频率计，调整频率显示，测量信号的频率和周期。
（2）使用信号发生器产生标准信号，如正弦波，通过频谱分析仪分析其频谱。
（3）观察不同信号的频谱特点。
3. 信号处理方法（1）滤波处理：使用滤波器对信号进行滤波处理，观察滤波前后信号的变化。
（2）放大处理：使用放大器对信号进行放大处理，观察放大前后信号的变化。
（3）调制和解调处理：使用调制器对信号进行调制，然后使用解调器进行解调，观察调制和解调前后信号的变化。
五、实验结果与分析1. 时域测量结果通过时域测量，我们得到了不同信号的波形、幅度、周期、相位等参数。
例如，正弦波具有平滑的波形，周期为正弦波周期的整数倍，相位为正弦波起始点的角度；方波具有方波形，周期为方波周期的整数倍，相位为方波起始点的角度；三角波具有三角波形，周期为三角波周期的整数倍，相位为三角波起始点的角度。
2. 频域测量结果通过频域测量，我们得到了不同信号的频谱。
数字逻辑电路实验仪器仪表的使用与脉冲信号的实验报告
数电实验报告电子科学系班级实验日期2017年5月16日组员姓名：实验一数字逻辑电路实验仪器仪表的使用与脉冲信号的一.实验目的1.学会数字电路实验装置的使用方法2.学会双踪数字示波器的使用方法3.掌握脉冲信号的测量方法二.主要仪器仪表、材料数字逻辑电路实验装置、双踪数字示波器、数字万用表、74LS04 反相器(标记引脚图见图1.1)图1.1 74LS0引脚图三.实验内容及步骤1.脉冲信号周期和幅值的测量将数字双踪示波器的第一通道Y1端连接到1KHZ的测试方波信号(用于检测垂直和水平电路的基本功能)，Y1置0.5V档、Y2置1V 档。
调整示波器相应的开关和旋钮，在示波器上显示出稳定的Y1、Y2两路信号。
分别用示波器的0.2ms、0.5ms、1ms时间档测量及记录波形，填表1.1。
表1.1通道时间1ms 0.2ms 0.5msY12.直流电平测量(1)用示波器测量逻辑电平：示波器的第一通道Y1端连接数字逻辑电路实验装置的逻辑电平，分别用0.5V、1V、2V、5V幅度档测量并记录，填入表1.2。
表1.2(2)用示波器测量单脉冲：示波器Y1输入端连接数字逻辑电路实验装置的单脉冲,1V幅度档测量并记录，填表1.3。
(3用数字万用表测量单脉冲、逻辑电平：数字万用的5V直流电压档分别测量并记录数字逻辑电路实验装置的单脉冲、逻辑电平信号，填表1.4。
表1.43.逻辑门电路传输延时时间t pd的测量平均传输延迟时间tpd是衡量门电路开关速度的参数。
它是指输出波形边沿的0.5Vm点相对于输入波形对应边沿的0.5Vm点的时间延迟。
通常将从输入波上沿中点到输出波下沿中点的时间延迟称为导通延迟时间tpdL，从输入波下沿中点到输出波上沿中点的时间延迟称为截止延迟时间tpdH。
如图1.2所示，门电路的导通延迟时间为tpdL，截止延迟时间为tpdH，则平均传输延迟时间为：tpd=1 2(tpdL+tpdH) 。
图1.2 门电路的导通延迟时间与截止延迟时间用74LS04六反相器(非门)按图1.3接线，输入100KHZ的连续脉冲，用双踪数字示波器测量输入与输出信号的相位差，并计算每个门的平均传输延迟时间t pd的值。
青岛脉冲实验报告
青岛脉冲实验报告1. 学习脉冲信号的概念和特点。
2. 了解脉冲信号的发生器和测量方法。
3. 理解脉冲信号的传输和衰减规律。
4. 掌握脉冲信号的幅度和宽度测量方法。
实验仪器：1. CR8110脉冲信号发生器2. 数字示波器3. 青岛脉冲实验箱实验原理：脉冲信号是指信号的波形在一定时间内突变或跳变的一种周期性信号。
其特点是持续时间很短、幅度较大、波形上升和下降非常迅速。
它在通信、雷达等领域应用广泛。
实验步骤：1. 连接实验仪器：首先将CR8110脉冲信号发生器和数字示波器连接起来，保证信号发生器的输出信号能够被示波器正确接收。
2. 设置脉冲信号发生器：通过脉冲信号发生器的控制面板，设置所需的脉冲信号频率、幅度、宽度等参数。
调节控制面板上的旋钮或按钮，得到所需的脉冲信号。
3. 连接实验箱：将脉冲信号发生器的输出端连接到实验箱的输入端，确保信号能够正确传输。
4. 观察脉冲信号波形：打开示波器，将输入信号通道设置为外部输入，观察脉冲信号在示波器屏幕上的波形。
5. 测量脉冲信号幅度：利用示波器的测量功能，测量脉冲信号的峰值幅度。
将示波器的光标移动到波形的峰值位置，读取示波器上显示的幅度数值。
6. 测量脉冲信号宽度：利用示波器的测量功能，测量脉冲信号的宽度。
调节示波器的水平位置和时间标尺，使得波形的上升沿和下降沿能够清晰地显示出来。
然后使用示波器的测量功能，读取脉冲信号的宽度数值。
实验结果：根据实验步骤所述方法，我们可以获得脉冲信号的波形、幅度和宽度等数据。
通过记录这些数据，并进行分析比较，可以得到脉冲信号的特性和规律。
实验讨论：在实际应用中，脉冲信号通常用于传输短时的高频信号，如雷达信号和数字通信信号。
脉冲信号的特点使得它在传输过程中受到多种因素的影响，如传输线路的衰减、回波干扰等。
因此，在脉冲信号的设计和应用中，需要考虑这些因素对信号的影响，以确保信号的传输质量和稳定性。
总结：通过本次实验，我们深入了解了脉冲信号的概念、特点和应用，并掌握了脉冲信号的发生器和测量方法。
脉冲信号号发生器主要参数测量不确定度的评定
213 合成标准不确定度 ..
1 0 0 0 , 0 0 0 , . 0 0 , . 0 0 , . 0 0 . 0 0 1 0 0 3 1 0 0 1 1 0 0 7 1 0 0 2 0 . 0 0 0
足人们更多的需要.例如安捷伦公司生产的 810 10A 系列脉冲信号发生器, 它的最高重复频率可以达到 35 H , . z边沿时间可以达到 9p.脉冲信号发生器 G 0s 各项指标是否准确直接影响到科研生产及企业的产 品质量, 因此需要对他的各项参数进行校准. 由于测量误差的客观存在, 校准结果只能是被测 量的最佳估计值, 需要对该校准结果的不准确度进行
( 单位均为 k z H)
平均值人=100 2k z . 0OH 00
用贝赛尔公式计算得单次实验标准差:
s= ;
由公式( 得灵敏系数 ) 1 .=alf =1 . , 二=a/f二一1 , sa C Z 8a u人) u关) ( , ( 与 不相关, 所以合成标准不确定度
均匀分布, 包含因子 k , 万 则
u= /二50 一 / . 1 '拓 =28X ' H , 3 k a X . 0 . 1 0 估 9 - k z 0
计 ' 3 =01 自由度 V=5 } /3 . I u u 其 3 0 标准计数器量化误差引入的测量误差为: 士( 量化误差/ 测量时间) x频率=士( X1- / ( 0" 5 半宽度 a 5 1- k , = 0 " z在区间内可认为服从 X H
P 61 M68R标准计数器分辨力引人的不确定度分
脉冲信号频率测试仪实验报告
脉冲信号频率测试仪实验报告
姓名，学号，成绩
一、实验目的、任务、要求
1、目的
（1）、熟悉电子系统设计的流程。
（2）、熟悉运放在放大器、比较器中的使用及设计方法，理解单片机测频的原理。
（3）、熟悉信号发生器、示波器的使用，硬件的测试方法。
（4）、熟悉电子系统报告书格式和内容书写方法。
2、任务
设计制作一个脉冲信号频率测试仪，可以测量脉冲信号的频率。
3、要求
（1）、脉冲信号为单极性信号，占空比为50%；
（2）、脉冲信号幅值范围为：0.05VP～5VP；
（3）、脉冲信号频率范围为：1Hz～10KHz；
（4）、涉及的运放均采用LM324；
（5）、频率测量精度≤±0.1%。
二、总体设计框图（及必要的说明）
三、硬件设计（含必要的计算、说明、原理图）
四、软件设计（流程图及必要的说明）
五、性能测试与分析
1、测试设备及其型号
3、分析与思考
（1）、设计指标是否达到要求？
（2）、画出标准输入信号Ui的V
P
=0.1V，f=1K Hz时的U1及U2的波形图。
（3）、51单片机需要U2的V
P 是多少？实测U2的V
P
为什么不是5V？若需要
V=5V，则应如何处理？
（4）、测试并记录下表数据，并回答问题：该设计中，放大器的放大倍数是多少？输入信号的频率为500KHZ时，放大器的放大倍数又是多少？出现这种现象的原因是什么？应如何解决？。
脉冲_实验报告
一、实验目的1. 理解脉冲信号的基本特性；2. 掌握脉冲信号的产生方法；3. 学习脉冲信号的测量与分析方法；4. 培养实验操作技能和数据分析能力。
二、实验原理脉冲信号是一种在短时间内迅速变化并保持一定宽度的信号。
脉冲信号具有以下基本特性：1. 上升时间：脉冲信号从10%上升到90%所需的时间；2. 下降时间：脉冲信号从90%下降到10%所需的时间；3. 脉冲宽度：脉冲信号持续的时间；4. 脉冲幅度：脉冲信号的峰值。
脉冲信号的产生方法有：1. 利用电子开关电路；2. 利用数字电路中的时钟信号；3. 利用模拟电路中的振荡器。
脉冲信号的测量与分析方法有：1. 使用示波器测量脉冲信号的波形、幅度、上升时间、下降时间等参数；2. 使用频谱分析仪分析脉冲信号的频谱特性；3. 使用模拟计算机或数字计算机对脉冲信号进行数学处理。
三、实验内容1. 脉冲信号的产生与测量（1）利用电子开关电路产生脉冲信号；（2）将产生的脉冲信号输入示波器，观察并记录脉冲信号的波形、幅度、上升时间、下降时间等参数；（3）根据测量结果，分析脉冲信号的基本特性。
2. 脉冲信号的频谱分析（1）利用频谱分析仪分析脉冲信号的频谱特性；（2）观察并记录脉冲信号的频谱图；（3）分析脉冲信号的频谱特性，了解脉冲信号中的谐波成分。
3. 脉冲信号的数学处理（1）使用模拟计算机或数字计算机对脉冲信号进行数学处理；（2）分析处理后的脉冲信号，观察其特性变化；（3）总结脉冲信号数学处理的方法及效果。
四、实验步骤1. 脉冲信号的产生与测量（1）搭建电子开关电路，产生脉冲信号；（2）将脉冲信号输入示波器，调整示波器参数，观察并记录脉冲信号的波形、幅度、上升时间、下降时间等参数；（3）根据测量结果，分析脉冲信号的基本特性。
2. 脉冲信号的频谱分析（1）将脉冲信号输入频谱分析仪，调整分析仪参数，观察并记录脉冲信号的频谱图；（2）分析脉冲信号的频谱特性，了解脉冲信号中的谐波成分。
数字高精度脉冲信号参数测量仪的设计
步输入双路高速比较器电路，与作为比较器参考电压的 AD 转换器输出进行比较，之后两路信号送 FPGA 处理得到脉冲信号
的上升时间。
关键词 脉冲参数；FPGA；MSP430 单片机；等精度测量法；有效值检波
块构成。待测脉冲信号经双路高速比较器与 DAC
模块输出的 0.1 倍和 0.9 倍幅度值进行比较，输出
的两路波形送入 FPGA 模块进行相位比较，测量得
到上升时间数据送至 MSP430 单片机处理并显示。
第五个模块是标准矩形脉冲信号发生器模块。
使用 FPGA 内部 50M 晶振分频经过高速电流反馈
型放大器 THS3001 搭载的功率放大器放大至 5V 幅
comparator, after which the two signals are delivered to the FPGA to obtain the onset of the pulse signal.
Keywords Pulse Parameters; FPGA; MSP430 Single-chip; Equal Precision Measurement; RMS Detection
值，负载电阻为 50Ω。
矩阵键盘
AD转换
AD637有
效值检波
限幅电路
65
建 电 脑
考虑到输出端与调整端之间电压 UREF 为 1.25V，
为保证空载情况下输出电压也恒定，R1 的取值不宜
主要研究领域为电子通信、仪器测量控制技术。E-mail: cuiyuan@。陈祝洋，男，1985年生，博士，主要研究领域为电磁学理论、电路建模
E题-脉冲信号参数测量仪报告
脉冲信号参数测量仪摘要：本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，采用FPGA 与单片机相结合的方式制备出可测量脉冲信号频率、占空比、幅度、上升时间的测量仪以及标准脉冲信号发生器。
本设计由以下功能模块构成：前端信号处理模块、峰值检波模块、窗口比较器模块、幅值升压模块等。
利用FPGA 的强大处理能力，完成数字信号处理，并将处理后的信号送至单片机进行显示，设计中综合运用了电容去耦、滤波以及同轴电缆等抗干扰措施，减少了电路干扰。
在FPGA 有等精度测频模块、占空比测量模块和上升时间测量模块、标准脉冲产生模块等。
显示与校准通过单片机完成。
关键词：峰值检波 窗口比较器 脉冲参数测试仪 标准脉冲信号发生器一、系统方案1.方案论证与比较方案一：图1所示为中规模电路脉冲信号测量仪。
此方案采用中规模数字电路构成，主要由比较器、功能选择、量程选择、计数器和控制模块组成。
该方案电路复杂，频带过窄，功能不强，实现起来比较困难。
故不采用此方案。
图1 小规模数字电路原理框图方案二：图2所示为纯单片机方案，该方案以单片机为核心。
门控信号由单片机部计数定时器产生。
该方案成本低，但受单片机本身限制，其时序控制能力弱，处理速度慢，无法达到本次设计要求。
故不采用此方案。
图2 纯单片机方案原理框图方案三：图3所示为FPGA 与单片机相结合的方案。
此方案中，FPGA 构成主要测量模块，输入信号经过前端处理电路，得到5V 信号输入到FPGA 中。
单片机控制FPGA完成各种测量功能并显示测量数据。
该方案外围元件相对较少，对高速信号处理速度快，精度高，且控制灵活、可靠性高。
图3 FPGA与单片机结合方案原理框图综上所述，本设计拟采用方案三。
2.总体方案设计当进行频率测量时，脉冲信号进入前置分挡模块。
当信号较大时衰减，当信号较小时放大。
在放大模块中，高频信号通过高速放大器，低频信号通过精密放大器，使输入波形均为幅值适中的脉冲，直接进入FPGA进行计算测量。
推荐-脉冲占空比测试仪制作设计报告 精品
设计报告课题：脉冲占空比测试仪制作设计者：指导老师：日期：目录脉冲占空比测试仪摘要：介绍一种测量占空比方法，该电路主要由锁相环、100进制加法器、触发定时、锁存译码驱动和数码显示等组成。
由锁相环和100进制加法器组成倍频器，将倍频的脉冲经过另外一个100进制加法器统计正脉冲的频率个数储存在寄存器。
用触发定时器控制寄存器输出到译码器，再由译码器驱动数码管显示，显示的数据即为占空比。
该方法直接在电路上可以读出占空比，不必用专门仪器去测量。
关键词: 锁相环锁相倍频脉冲占空比1．系统设计1.1设计要求1.1.1基本要求（1）量程：0—99%，显示器最大显示数为 99（即99%），误差绝对值均小于1%；（2）分频率：1%；（3）被测信号频率范围：2Hz—5KHz；电源电压：+5V；（5）触发-定时电路的暂态时间由电阻R和电容C决定，其选值应保证数码管显示的读数不出现闪烁现象。
1.1.2发挥部分（1）增加脉冲周期测量，周期（频率）误差绝对值小于1%；（2）增加超频报警功能、其他。
2.总体设计方案2.1设计思路根据题目要求系统部分划分为锁相倍频，触发定时，计数存储，译码驱动显示四个部分。
2.2方案论证比较2.2.1锁相倍频产生的设计方案论证与选择方案一：直接模拟频率合成技术相干合成方法是用一个晶体参考频率源，然后经过分频、混频和倍频来得到各 种频率信号，输出频率的稳定度和精度与参考频率相同；非相干合成方法是用多个晶体 参考频率源，然后把这些参考频率信号经过加减乘除来得到各种频率信号。
方案二：基于锁相环（PLL ）的频率合成技术锁相环主要由鉴相器、低通滤波器和压控振荡器组成；鉴相器通过比较压控振 荡器的输出信号和参考信号而产生相位控制信号，再经过低通滤波器后就直接去控制压 控振荡器的输出，然后采用频率选择开关通过改变分频比来控制压控振荡器的输出信号 频率。
若在锁相环中插入数字分频器和数字鉴相器，即成为数字锁相环；数字锁相频率 合成技术是目前的主流技术。
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脉冲信号参数测量仪摘要：本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，采用FPGA 与单片机相结合的方式制备出可测量脉冲信号频率、占空比、幅度、上升时间的测量仪以及标准脉冲信号发生器。
本设计由以下功能模块构成：前端信号处理模块、峰值检波模块、窗口比较器模块、幅值升压模块等。
利用FPGA 的强大处理能力，完成数字信号处理，并将处理后的信号送至单片机进行显示，设计中综合运用了电容去耦、滤波以及同轴电缆等抗干扰措施，减少了电路干扰。
在FPGA 内有等精度测频模块、占空比测量模块和上升时间测量模块、标准脉冲产生模块等。
显示与校准通过单片机完成。
关键词：峰值检波 窗口比较器 脉冲参数测试仪 标准脉冲信号发生器一、系统方案1.方案论证与比较方案一：图1所示为中规模电路脉冲信号测量仪。
此方案采用中规模数字电路构成，主要由比较器、功能选择、量程选择、计数器和控制模块组成。
该方案电路复杂，频带过窄，功能不强，实现起来比较困难。
故不采用此方案。
图1 小规模数字电路原理框图方案二：图2所示为纯单片机方案，该方案以单片机为核心。
门控信号由单片机内部计数定时器产生。
该方案成本低，但受单片机本身限制，其时序控制能力弱，处理速度慢，无法达到本次设计要求。
故不采用此方案。
图2 纯单片机方案原理框图方案三：图3所示为FPGA 与单片机相结合的方案。
此方案中，FPGA 构成主要测量模块，输入信号经过前端处理电路，得到5V 信号输入到FPGA 中。
单片机控制FPGA完成各种测量功能并显示测量数据。
该方案外围元件相对较少，对高速信号处理速度快，精度高，且控制灵活、可靠性高。
图3 FPGA与单片机结合方案原理框图综上所述，本设计拟采用方案三。
2.总体方案设计当进行频率测量时，脉冲信号进入前置分挡模块。
当信号较大时衰减，当信号较小时放大。
在放大模块中，高频信号通过高速放大器，低频信号通过精密放大器，使输入波形均为幅值适中的脉冲，直接进入FPGA进行计算测量。
FPGA 中，采用等精度测频方法进行测频和测占空比，利用基本上升时间测量模式进行两个信号的上升时间测量。
单片机完成数据读取及校准功能。
测量幅值时经过峰值检测并保持电路，再经单片机AD采集测出。
二、理论分析与计算1.频率测量方法本设计中的频率测量采用等精度测频法。
该方法是将标准频率信号与待测信号输入到两个计数器进行同步计数。
如图4所示，测量时单片机先预置闸门时间T,当闸门开启时，等待被测信号触发沿到来，计数器开始计数；预置闸门时间结束时，计数器并不立即停止而是等被测信号下一个同相位触发沿到来才关闭同步门并停止计数。
可见实际闸门时间是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步。
若被测信号与标准信号的计数值分别为Nx 和N，则被测频率为:f x =Nx/N×f（1）若忽略标频f的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为:η=(|fxe -fx|/fxe) ×100% （2）式（2）中fxe为被测信号频率的准确值。
在测量过程中，由于fx计数的起止时间都是由该信号的上升测触发的，在闸门时间T内对fx 的计数Nx无误差；对f的计数Ns最多相差一个数的误差，即|Ns |≤1。
则理论误差：η≤1/(T×f) （3）由（3）式可以看出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，从而实现被测频带内的等精度测量。
由于周期和频率互为倒数，因此可根据频率求出对应周期。
该方法使测量精度大幅度提高，测量原理框图如图4 所示。
fx D T Nx f 0N 0图4 等精度测频法工作波形图2.占空比测量方法方案一：采用高速A/D 进行采样，通过一定的算法得到上升时间、下降时间和占空比，该方案原理简单、但算法实现难度较高。
方案二：采用双路比较器电路，通过D/A 输出脉冲幅度的50%测量占空比，实现简单、但硬件稳定度要求较高。
方案一对算法要求较高，不利于短时间调试；方案二的实现简单，只要硬件稳定，即可满足全部要求。
故采用方案二。
3.幅度测量方法方案一：采用运放加有源滤波电路测量幅值，该方案电路较为复杂，不适合本设计中使用。
方案二：采用峰值检波器进行幅值测量，该方案设计电路原理简单，在低频的幅频特性响应比较好，故采用方案二。
4.上升时间测量方法采用测量上升时间的类似方法便可以测出信号的脉宽和占空比。
信号首先由模拟开关控制是否对信号进行放大衰减或者跟随，适当的信号进入峰值检波器后由A/D 采出信号的幅度。
后MCU 输出信号幅度10% 和 90%两个点的参考电压，当信号幅值到达这两个点时，高速比较器做出响应，只要读出两个比较器组成的脉宽时间便可以算出时间沿长短。
5.标准脉冲发生器产生方法根据脉冲波产生原理，在FPGA 中设计脉冲发生器时，可提取出如下两个主要电路：定时器/计数器电路，输出比较电路。
定时/计数器采用循环递减的计数方式，计数器循环从设定的计数初始值递减到0，然后再回到计数初始值再次递减。
这样，只需要设定一个计数初始值，并确定计数时钟源频率，即可确定计数一个完整周期的时间，也即脉冲信号频率输出比较电路通过比较计数器实时计数值与比较寄存器中的设定值，来确定最终脉冲输出信号的电平状态。
这里，我们可以定义，当计数器计数值大于等于比较值时，脉冲输出端输出低电平，当计数值小于比较值时，脉冲输出端输出高电平。
三、电路与程序设计1.前端信号处理电路设计图5前端信号处理电路图采用运放与三极管作为驱动装置来驱动继电器，驱动的控制信号由STM32单片机提供。
高速运放OPA690把小信号进行放大处理，大信号衰减，为FPGA 测量频率，占空比提供5V的脉冲。
小信号放大采用电流反馈型运放，带宽增益积高。
在运放的供电端做好滤波工作，尽量减少小信号被放大之后的振铃现象。
2.峰值检波器电路设计峰值检波器的精准度直接关系到时间沿和高频时脉宽测量的精度。
所以峰值检波器对占空比、频率、以及适当范围幅值的要求都比较高。
NE5532是高性能低噪声双运算放大器（双运放）集成电路。
图6 峰值检波电路图3.比较器部分电路设计比较器的作用是为了检测出上升沿时段的宽度，所以响应速度有比较高的要求，我们的方案采用TLV3502（响应时间4.5ns）的高速比较器来实现这一功能。
图7 比较器电路图4信号发生器幅值升压电路设计由FPGA 产生的1MHz 的标准方波幅值为3.3V ，需要通过升压电路将幅值放大至题目要求的5V 。
本电路采用的是具有禁用功能的宽带高速运算放大器OPA690，该芯片的带宽足够高，能够满足题目要求。
图8 升压电路图5.标准脉冲信号产生原理计数低端值输出比较值计数顶端值定时器计数值PWM 输出信号图9 标准脉冲发生原理图6.FPGA 模块设计图10为FPGA 内部模块图，晶振产生50MHz 内部时钟。
频率测量是将整形模块产生的信号送入等精度采样模块，通过频率采集模块计数后由cnt_ext 与cnt_ref 线送入单片机，通过公式f=(cnt_ext/cnt_ref)×f ref 计算出频率从而得到对应的周期。
占空比测量模块类似频率测量，分挡计数送入单片机计算并显示结果。
上升时间测量通过上升时间测量模块采集外部两路输入信号进行处理。
在FPGA 内部，占空比测量与上升时间测量被整合到FSM 中，用另外的FSM 完成与STM32之间的数据传输。
使用Pipeline 技术，有效的提高了系统主频，使时序在高主频情况下仍收敛。
系统利用FPGA 内部丰富的逻辑资源与强大的时序控制，配合单片机显示实现高速系统设计要求。
图10 FPGA内部模块图4.软件模块设计图11为系统软件流程图，开始程序后进行初始化，随后进入模式选择页面选择对应功能。
根据设计要求，划分了频率测量、时间差测量、占空比测量、校准四个功能。
选择对应功能进入对应结果显示界面，STM32单片机通过地址总线、数据总线及控制总线从FPGA获取数据进行周期、频率、占空比、上升时间计算。
然后在12684上显示对应的当前的测量结果。
图11 软件流程图四、测试方案与测试结果1.测试仪器(1)RIGOL DS1052 示波器(2)RIGOL DG1022 信号发生器(3)ATTEN APS3003S-3D 直流电源2.测试方法(1)频率测量：信号发生器输出有效值1V的脉冲，频率从10Hz～2MHz逐渐增加，记录显示结果，并计算测量相对误差。
提升幅度采用有效值为10V脉冲，重复以上过程，记录实验结果。
降低幅度采用有效值电压为100mV正弦信号观察频率10Hz～2MHz时显示屏上数据结果，记录并计算误差。
(2)脉冲信号占空比的测量：信号发生器输出幅值电压为100mV、频率为10Hz的脉冲,改变占空比10%～90%，记录测量结果并计算误差。
重复以上过程改变电压100mV～10V,频率10Hz～2MHz，记录结果并计算。
(3)脉冲信号幅度的测量：信号发生器输出频率为10Hz、占空比为10%的脉冲,改变幅值100mV～10V，记录测量结果并计算误差。
重复以上过程改变频率10Hz～2MHz、占空比10%～90%，记录结果并计算。
(4)上升时间测量：信号发生器输出两路频率、幅值电压都相同的脉冲信号。
开始时，频率100Hz，幅值设为50mV，改变两路信号上升时间50ns～999ns,记录显示屏显示结果并计算误差。
重复以上过程在要求的范围100mV～10V、10Hz～2MHz内改变频率与幅值，测定上升时间，计算误差。
3.测试结果及分析(1)表1 频率测量结果(幅值100mV)表2 频率测量结果（幅值1V)表3 频率测量结果（幅值10V)出设计所需精度要求。
并且当输入信号电压有效值为5mV时，仍可满足测量误差。
表5 脉冲信号占空比测量结果（幅值1V)表6 脉冲信号占空比测量结果（幅值10V)测量误差在2%范围内，能满足设计要求。
表8 脉冲信号幅度测量结果（50%占空比)表9 脉冲信号幅度测量结果（90%占空比)差在2%范围内，能满足设计要求。
（4）表11 上升时间测量结果（幅值10V)时，在50ns～999ns的时间上升沿内测量误差绝对值不大于5%，满足设计要求。