数字存储示波器设计

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简易数字存储示波器实验报告

简易数字存储示波器实验报告

目录一.数字存储示波器简介及设计思路 (3)2.实验设计原理 (5)三、系统各模块的简单说明 (5)四.最终实现功能说明 (8)五.实验设计实现功能模块具体分析 (9)六、实验硬件分配及总体仿真波形 (15)一、数字存储示波器简介及设计思路数字存储示波器是20世纪70年代初发展起来的一种新型示波器。

这种类型的示波器可以方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理,例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。

而我们此次要设计的便是一种简易的数字存储示波器。

数字存储示波器可实现以下功能。

通过对来自信号源的信号进行采集(可分为实时取样和等效时间取样),将获得的值存储在内置RAM内,后期操作有对波形的显示、波形的测量(如测量频率、幅值、上升下降时延等)和波形处理(如双踪两波形的相加、相减、X-Y显示等等)。

其工作示意图如下所示:而我们设计的简易数字存储示波器实现的功能有对单一信道信号进行采样存储显示(分实时显示和存储后期调用显示)、对信号进行频率测量并显示数值、对波形进行上移、下移、扩展、收缩操作、示例波形演示(包括正弦波、锯齿波、方波)。

我们所用的硬件有实验箱上的高速的模数转换器TLC5510、FPGA芯片、单片机、LCD显示屏、FPGA内置RAM、外围扩展的RAM和键盘。

以下框图为实验箱硬件使用说明图:下移、扩展、收缩和测频的处理。

二、实验设计原理设计总体逻辑思路如下:系统开始工作时,通过按键选择是否开始检测波形,若是,则首先由频率检测器检测频率,然后根据测得的频率选择适当的采样频率。

信号源产生的信号通过A/D采样,采样结果保存在FPGA内置的存储器中。

待存储完一帧数据时进行输出到LCD上显示。

待显示100ms后暂停100ms以消除视觉暂留效应,然后准备下一帧数据的存储和显示。

如若需要存储波形,则在当前显示的同时,将采样得到的数据送往片外的SDRAM存储,直至存储结束或者存储容量达到上限。

简易数字存储示波器的设计

简易数字存储示波器的设计

De i n fsm pl g t lo clo c pe sg o i e di ia s i s o l
L U Z i e g, ANG n ,W ANG S a -h n I h— n W p Di g h n sa
(c olfEet ncadI om t n N r w s r o t h i l nvrt, i肌 7 0 2 , hn ) Sh o o l r i n fr ai , ot et nP l e nc i sy X ’ 1 19 C ia co n o h e yc aU ei
适 , 以提 出 了一 种 以 单 片机 为控 制 核 心的 简 易示 波 器设 计 方 案 。它 由前 向控 制部 分 , 据 采 集 和 存储 部 分 ,1 片 所 数 5单
机 控 制 部 分 以及 按 键 和 MS 2 6 R显 示 部 分 组 成 l8 4
关 键 词 : 波 器 ; 片机 ; 据 采 集和 存 储 ; 1 8 4 示 单 数 MS 2 6 R 中 图分 类号 : N 1 . 4 T 9 96 + 文献标识码 : A 文 章 编 号 :1 7 — 2 6 2 1 ) 4 0 0 — 3 6 4 6 3 (0 2 1— 1 2 0
第2 O卷 第 l 4期
V0 . 0 12 No 1 .4
电 子 设 计 工 程
El cr ni sg g n e i g e to c De i n En i e rn
21 0 2年 7月
J12 1 u. 0 2
简易数 字存储 示波器的设计
刘 智 朋 , 顶 ,王 珊 珊 王
传 统 意 义 上 的模 拟 示 波 器 虽 然 功 能较 全 , 是价 格 昂 贵 , 但 体积大 、 量重、 重 成本 高 、 一 系 列 问题 使 应用 受 到 了 限制 。对 等

基于FPGA的数字存储示波器设计

基于FPGA的数字存储示波器设计
De s i g n o f Di g i t a l S t o r a g e Os c i l l o s c o pe Ba s e d o n FPGA
GENG Xi n l i , W ANG Z h o n g x u n
( I n s t i t u t e o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y f o r O p t o - E l e c t r o n i c s I n f o r m a t i o n , Y a n t a i U n i v e r s i t y , S h a n d o n g Y a n t a i 2 6 4 0 0 5 , C h i n a )
耿新力 , 王 中训
( 烟 台大学 光 电信息科 学技术 学院 , 山东 烟 台 2 6 4 0 0 5 )
【 摘 要】提 出一个 经过优化 的数据 采集方 法 , 辅以F P G A ( F i e l d — P r o g r a m m a b l e G a t e A r r a y ) 主控 制器 和 必备 的外 围 电路 完 成 了 基于 F P G A的数 字存储 示波器 的设 计。 系统 最大 限度地利 用 了 F P G A 的高速 数 字信 号处理 能力 以及 众 多硬 核 和 软核 内嵌 的特 性, 降低 了成本和 开发难度 。将 数字存储 示波器及信 号源 的基本 原理和 经过优 化 的数据采 集方 法相 结合 , 分别在 模 拟信 号预处 理、 数据 多方位存储 、 触发 方式、 等精度测 频等环节进行创 新性优 化 , 经 测试 , 系统性能 良 好, 各项 指标均 能较好满足 要求 , 为新 型 简易数 字存储示波器 的发展提 出了新 思路 。 【 关键词】数据采集; 现场可编程门阵列; 等精度测频 【 中图分类号】T N 9 4 8 【 文献 本文献信息 】耿新 力 , 王 中训 . 基于 F P G A 的数 字存 储 示波器 设计 [ J ] . 电视技 术 , 2 0 1 3 , 3 7 ( 9 )

数字存储示波器实验报告

数字存储示波器实验报告

数字存储示波器实验报告实验目的:1. 学习数字存储示波器的基本原理和使用方法。

2. 掌握数字存储示波器测量和显示波形的方法。

3. 理解数字存储示波器与模拟示波器的区别。

实验原理:数字存储示波器可以将模拟信号转换为数字信号,并通过数字方式存储和显示波形。

数字存储示波器使用的是采样信号方式,即每隔一段时间采集一次波形信号,将其转换成数字信号后保存在存储器中。

用户可以通过控制数字存储示波器的触发条件,来实现对特定波形的捕获和显示。

数字存储示波器与模拟示波器相比,具有很多优点。

例如,数字存储示波器可以使用自动测量功能,快速测量各种参数(如频率、周期、峰值等),并提供精确的数值结果。

数字存储示波器还可以捕获稀疏信号和故障信号,以及存储和重放波形,方便分析和调试。

实验步骤:1.将数字存储示波器接通电源,并将信号源与示波器连接。

调整信号源输出电压,并选择示波器的输入通道和延时/触发模式。

2.触发示波器并捕获波形。

通过控制示波器的触发条件和触发电平,调整示波器的采样时间和位置,以捕获特定波形的全部信息。

在捕获到波形后,用户可以对其进行保存和重放,也可以对波形进行缩放和移动,以便于更好地观察和分析。

3.测量波形的主要参数。

示波器可以通过内置的自动测量功能,对波形的主要参数(如峰-峰值、频率、周期、占空比等)进行快速测量。

用户还可以手动测量波形的特定参数,获得更加准确和具体的结果。

实验结果:通过本次实验,我们学会了数字存储示波器的基本原理和使用方法,并掌握了数字存储示波器测量和显示波形的方法。

我们还理解了数字存储示波器与模拟示波器的区别,并比较了它们的优缺点。

同时,通过实验数据的处理和分析,我们得到了电路波形的主要参数,并可以据此对电路性能进行分析和优化。

这对我们日后的电路设计和调试都非常有帮助。

简易数字存储示波器电子综合实验项目设计

简易数字存储示波器电子综合实验项目设计

2 实验要求
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 示。 1 1 , 所
3 实验原理
3. 采 样 原 理 1
实 时 采 样 是 在 信 号 存 在 期 间 对 其 采
要 求 被 测 周 期 信 号 的 频 率 范 围 为 1 Iz l M Hz, 器 输 入 阻 抗 为 1 0 , 示 O ~ 0 I 仪 M 显 屏 的 刻 度 为 8 V× l d V, 直 分 辨 率 为 di i 垂 0

e in,ic i p o u to sse d b g i g nd r jc a c pa c tc n lg e c Th e tr p oe t e eo me p oe s n l d n p o a e h oo y t . e n ie rj c d v lp nt r cs i cu i g rgrm d sg cr u t r d cin, yt m e u g n a p oe t ce tn e,
ห้องสมุดไป่ตู้
计, 电路 制 作 、 到 最 后 的 调 试 验 收 整 个 项 目开 发 过 程 。 养 学 生 应 用 已 学 的 专 业 基 础 知 识 , 行 项 目设 计 和 开 发 的 能 力 。 直 培 进 关 键 词 : 合 实验 数 字 存 储 示 波 器 FP 等 效采 样 综 GA 中 图 分 类 号 : 20 TN 6 文 献 标 识 码 : A
he p Devel l opi s udent c ng t s ompr ehens ve app i at or abi i i s. i l i l c Ite
K y W o d I t g a e e p r me t Di t l s o a e o c lo c p FP e r s: n e r t d x e t n ; gia t r g s il s o e; GA ; u va e t Eq i l n

高速数字存储示波器前端电路设计

高速数字存储示波器前端电路设计
调 节 到 1 0 V 的 A C满 程 范 围 , 0m 0 D 以便 于 观测 。
随 着 电 子 器件 的发 展 , 样 率 达 到 1 S s 上 的 采 / 以 G 高 速 A C器 件 越 来 越 多 , 速 A C器 件 的 价 格 也 非 D 高 D
由于衰减和放 大环 节的介入 , 示波器 的灵敏度 可在很
信号调理 电路框图如图 1 所示 。
+,

H H 萎
H 增蠢 大
图 1 信 号 调 理 电 路 方 框 图
F g Blc ig a o i a o di o i ic i i .1 o k da r m fsgn lc n t nng cr ut i
用 。采样率是数字存 储示 波器 的重要指标 之一 , 它取
高速数 字存储示波器前端 电路设计
张宇翔 。 . 等
高 速 数 字 存储 示波 器 前 端 电路 设 计
De i n o r n - d Ci uti gh—p e gi l t r g cl s o e sg fF o ten r i n Hi - e d Di t o a e Os io c p - c s a S l
大 范 围 内 进行 调节 。
1 1 无 源衰 减 电路 .
决 于 示 波 器 的前 端 电路 , 信 号 调 理 和 模 数 转 换 。 因 如 此 , 端 电 路 的设 计 也 就 成 为 数 字 存 储 示 波 器 设 计 的 前
关 键 环 节 。
信号调理电路 的原理是 首先对 信号进行 放大 、 衰 减, 然后 进行 阻抗变换 、 可变增 益放 大 , 并把被 测信号
0 引 言
数字存储示波器 D O d il t aeocl cp ) S ( it o g sio oe ga s r ls 是 电子信号测量的常用仪 器之一 , 它在各 行各业 如 电

简易数字存储示波器设计

简易数字存储示波器设计

数字电子技术
1.2 时序分析
图11-42 图11-38的仿真波形
1.3 硬件测试
可以为图11-38的电路增加一个输出口,即将作为地址 信号发生器的计数器的计数信号中的高8位直接输出,与实 验系统上的第2个DAC0832相接,使此DAC输出锯齿波, 然后用此锯齿波控制示波器的X轴,而Y轴输入负责ADC采 样数据输出的DAC的信号,从而选择示波器的X-Y控制波形 显示。
数字电子技术
简易数字存储示波器设计
1.1 电路结构与工作原理
图11-38 ADC0809采样电路系统:RSV.bdf
1.1 电路结构Biblioteka 工作原理图11-39 CNT8B设置界面
1.1 电路结构与工作原理
图11-40 CNT10B设置界面
1.1 电路结构与工作原理
图11-41 21max电路结构

文献综述数字存储示波器的设计

文献综述数字存储示波器的设计

毕业设计文献综述院(系)计算机科学与信息工程学院专业年级 2007级电子信息工程1班学生姓名吕宽学号 2007132104 指导教师陈明杰日期2011年6月1日数字存储示波器的设计吕宽(重庆工商大学计算机科学与信息工程学院电子信息工程2007级1班)摘要随着科学技术的发展,作为常用的检测工具,示波器的面貌也焕然一新。

由于数字技术的采用,示波器成为集显示、测量、运算、分析、记录等各种功能于一体的智能化测量仪器。

数字存储示波器(DSO)将取代模拟示波器。

目前,国内具有自主知识产权的数字存储示波器产品还非常少,高昂的价格阻碍了数字存储示波器在生产和试验中广泛的应用。

在研究剖析数字存储示波器产品工作原理的基础上,本文利用NIOS II设计示波器,并详细论述了其设计和实现过程。

关键词数字存储示波器 NIOS IIABSTRACT With the development of science and technology, the oscilloscopes, as common instruments, have made great progress. With digital technology, the oscilloscopes have become a kind of intelligent instrument with functions: waveform display, parameter measure,detecting,analyze, storage, and so on. The Digital Storage Oscilloscope (DSO) will replace Analog Oscilloscope. At present, domestic DSO product's type, which has our own independent property right, is too few. The DSO is hindered to apply wildly in our production and test by high price. On the basis of the analysis of DSO's fundamental principle, the design and implementation of a kind of portable digital storage oscilloscope system was discussed in detailed in the dissertation.KEY WORDS DSO NIOS II目录1、绪论 (5)1 .1、示波器简介 (5)1.2课题背景及主要工作 (6)2、硬件设计 (8)3、软件设计 (9)4、现阶段国内外发展情况 (10)5. 数字存储示波器的将来 (11)6. 结语 (12)参考文献: (13)1、绪论1 .1、示波器简介人类在认识自然和改造自然的过程中,必定要进行测量活动。

基于ARM的数字存储示波器设计

基于ARM的数字存储示波器设计

的数据 处理 能力对输 入信 号采样 数据进 行数据 处理 和 波形 重建 .保证 本数 字存储 示 波器 具有 良
好的性 能.
关 键 词 : R ; C OS I; 字存 储 示 渡 器 ; 号 调 理 ; D 采 样 A M / -I 数 信 A/
中图分类 号 :P 1 T 26
高 。 拟示波 器显 示 时采 用 的荧 光 物质 的余 辉时 间 模
( D 实 现 高速 数 据 采集 , A C) 将模 拟 信 号数 字 化 , 然
后 借助 处 理器 强大 、 速 的数据 处理 能 力实 现各 种 高
数 字信 号 处理算 法 , 波形 以 图形 的方 式直 观地 显 将
第 3 卷 第 5期 1
201 0年 1 0月
江 西理 工 大 学 学报
J un l f i g i nv ri f S in ea dT c n lg o r a o a x ies yo ce c n e h oo y Jn U t
Vo . , o 5 1 N . 31
oc t.2O1O
文章 编号 :0 7 12 ( 0 0 0 — 0 2 0 10 — 2 9 2 1 ) 5 0 3 — 5
基 于 A M 的数字存储 示波器设计 R
刘 维清, 吴 隆穗 , 卢 敏
( 西 理 T 大学 理 学 院 , 西 赣州 3 10 江 江 4 00)
都 是 一 定 的 ,导致 其 难 以观 测 到 周 期较 长 的信 号 ( 周期 为 数秒 乃 至 更 长 ) 如 ,而 对 于 单 次发 生 的信
示 出来 ,并能够 得 到被测 信号 各种 丰 富 的参 数 . 本 号 .传统 的示波 器则 基本 上无 法 观察 . 如果 要实 现 文在 总 结 了前 人经 验f l 1 的基 础 上 , 出 了一种 基 于 提 波形存 储功 能 。 模拟 示 波器 一般 要 通过 一些 特殊 的 AR 2 10MHz 宽数 字存 储 示波 器 设计 方 案 , Ml 】 0 的 带 材料 物 质 来实 现 ( 如专 用 示 波 管 ) 大 大增 加 了成 并制作 了实 物对 其进行验 证. 而 本。 导致 整个 示 波器 的性价 比 降低 . 另外 , 拟示 波 模

简易数字存储示波器

简易数字存储示波器

简易数字存储示波器摘要本简易数字存储示波器由信号输入电路、数据采集与存储电路、A/D与转D/A换电路以及AT89C51单片机系统组成。

本仪器利用软件的强大功能,配合普通示波器可以实现任意波形输入信号的单次触发存储显示、存储回放,并按要求进行了扫描速度和垂直灵敏度的档位设置,波形显示无明显失真。

关键词:简易采集存储单片机转换电路一、方案设计与比较论证数字存储示波器的一般设计原理是:先用A/D转换器将被测信号数字化,并写入数字存储器,在需要显示时,再从存储器中读出,经过D/A转换器还原为模拟信号,送到示波器的相应输入口。

1.模拟通道:系统需要对模拟信号的实时采集存储,模拟通道的性能直接影响系统的性能。

方案一:利用集成放大器AD524组成模拟通道。

考虑到本题目的要求,垂直灵敏度的档位不是很多。

可以利用AD公司生产的AD524,其组成的差分放大器,外电路简单,可以实现本题要求,但其价格非常高,用在此处性价比不是太高,所以不采用此电路。

方案二:利用模拟开关和运算放大器组成增益可控的放大器,这样可以较为方便的控制增益,可以利用较少的级数达到较好的要求,这样有利于减少误差便于逐级累加。

本电路采用常用集成电路,电路非常成熟,性价比高,所以本电路采用了该方案。

2、控制模块方案论证方案一:采用大规模可编程逻辑器件作为系统的控制核心。

目前,大规模可编程逻辑器件容量不断增大,速度不断提高,且多具有ISP 功能,也可以在不改变硬件电路的情况下改变功能。

但其对数据的采集速率要求较高,对数据的处理相对较弱,必须使用高速大规模可编程逻辑器件作为控制核心。

普通的可编程逻辑器件难以满足对采样速率的要求。

高速可编程逻辑器件时钟频率不过几十兆,其价格昂贵,普及程度不高。

考虑到以上因素,没有采用此方案方案二:利用现在较为流行的单片机控制高速A/D转换器和RAM实现高速数据采集。

单片机虽速度不是特别快,但使用较少的外围器件就可以实现复杂的逻辑和时序控制功能,是较为理想的方案,所以本电路采用该方案。

基于单片机的数字存储示波器设计

基于单片机的数字存储示波器设计
Ci) hn a
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

嵌入式数字存储示波器设计

嵌入式数字存储示波器设计
第2 1 卷 第 2期
V0 1 . 2l No . 2
电子 设计 工程
El e c t r o n i c De s i g n En g i n e e r i n g
2 0 1 3年 1 月
J a n . 2 01 3
嵌入 式数 字存储 示波器设计
程志强 ,汪 思 静 ,杨 杰 , 魏 磊
( 1 . 武 汉 科技 大 学 信 息科 学 与 工程 学 院 ,湖 北 武 汉 4 3 0 0 8 1 ; 2 . 武 汉 科 技 大学 汽 车 与 交通 工程 学 院 , 湖北 武汉 4 3 0 0 8 1 )
摘 要 :提 出 了一 种 基 于 F P GA和 S T M3 2的 嵌入 式 数 字存 储 示 波 器 设 计 , 以 S T M3 2为控 制核 心 , F P GA 作 为 数 据 采 集
( 1 . C o l l e g e o fI n f o r m a t i o n S c i e ce n a n d E n g i n e e r i n g , Wu h a n U n & e  ̄i t y fS o c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,Wu h n a 4 3 0 0 8 1 , C h i n a ; 2 . S c h o o l fA o u t o m o b i l e nd a T r o f, c E n in g e e d n g , Wu h n 西 a e o fS c i e n c e a n d T e c h ol n o y, g Wu h n a 4 3 0 0 8 1 , C h i n a )
式 智 能 终 端 。普 通 单 片 机 在 数 据 处 理 方 面 能 力 有 限 , 不 能 满

数字存储示波器的内插算法设计与实现

数字存储示波器的内插算法设计与实现

(3.3) = 1) 当 n=1 时 , 其称为拉格朗日线性插值 ; 当 n=3 时 , 其称为 拉格朗日立方插值。 2) 取样函数(即 sinc 函数)插值 基于采样定理, 通过时域卷积而推出的取样函数函数插值 ∞ 公式: y(t) = x (t) = x (nT)h (t − nT)
(3.4) 其中: 为 Sinc 内插函数 , 从频域来 看,起着低通滤波的作用; x (t) 是连续时间函数, x (nT) 为 x (t) 的取样值。 在实际应用中 , 由于存在有限项的近视问题 , 即内插函数 h (t) 被截短了。从频域来看,就是原来的理想低通滤波器在截 止频率附近产生了过度带, 从而导致当采样频率接近 2f 时,信 为了使信号的主瓣 号的频谱落在过度带,产生较大的过度误差。 落在滤波器的通带内,一方面要适当增加采样频率 ,另一方面通 过选择合适的窗函数对信号进行加权。 加权的取样函数插值算 法公式如下:
为了实现对电压波形 200MS/s 的高速采样﹑ 存储及显示,系 统总体架构采用双 CPU—— —DSP( 数据采集系统 ) 及 ARM 处理 器(数据存储及显示系统 )的设计模式 。以 DSP + FPGA 为核心 的数据采集系统负责数据的采集和处理任务 ; 以 ARM 处理器 为核心的数据存储及显示系统 , 在移植了嵌入式 Linux 操作系 统及 MicroWindows 图形系统的基础上, 完成波形数据的存储﹑ 显示任务以及与 PC 机的通信 ; 两个系统之间通过高速双口 RAM 完成数据通信。
软件天地

=−∞
技 术 创 新
图 2 各种内插法仿真图
y (t) =
∑x
(nT)h (t − nT)w(n)
6 结论
4 高速数字 存储示波 器中的 内插技术

基于LabVIEW虚拟数字存储示波器设计

基于LabVIEW虚拟数字存储示波器设计

基于LabVIEW虚拟数字存储示波器设计张伟军(学号:002004101751)虚拟示波器相比传统示波器具有价格低廉、功能丰富、可编程性以及显示直观等众多优势。

本设计不仅仅具有示波器基本功能,更依据LabVIEW语言的特点丰富了数字滤波、信号保存以及回显等功能。

不仅具有了价格低廉、界面美观等特点,而且具有传统示波器中比较高端的存储、回显以及数字滤波等功能,更可以根据需要随时灵活修改程序,增加功能以满足更个性化的要求。

一、具备功能★实时显示:通过采集卡采集信号并能对输入信号实时显示在PC机终端上。

★数字滤波:采用数字IIR滤波器对信号进行滤波处理并实时显示,同时可以任意设置滤波器的最佳逼近函数类型、滤波器类型、阶次、上下截止频率等参数。

★截波显示:即可满足波形的瞬态显示,同时也可以将瞬态波形进行保存。

★波形存储:可随时将原始信号或处理后信号以LabVIEW特有的LVM文件格式存储在本地硬盘上,便于日后分析或处理。

其中瞬态信号在截波后以BMP图片格式存储在本地硬盘上供日后查看以及分析。

★波形回显:随时将存储的LVM格式波形文件重新读取然后显示在PC机端。

★频谱分析:对滤波后信号分别进行幅频相应分析以及相频响应分析并同时采取波形与表格方式实时显示。

二、基本原理硬件上利用采集卡采集信号,软件上利用NI提供的DAQmx READ采集信号,然后通过Waveform Graphs进行实时显示。

这就实现了一个最基本的示波器,信号显示后又利用Write To Measurement File将波形保存为LVM文件。

这就实现了基本的“存储”功能,反之通过Read To Measurement File可以将LVM读取显示,从而完成“回显”功能。

由于在硬件上是以PC机以及采集卡为基础的,所以本示波器在采样极限速率,带宽,分辨力等参数上受到限制。

而程序响应时间上则依赖于PC的配置以及程序的执行效率。

三、主要的函数DAQmx Read、Digital IIR Filter、Waveform Graphs、Write To Measurement File、Read To Measurement File等主要函数四、前面板介绍1、完整界面(截图)左边为设置滤波器,左下为IIR滤波器的部分参数设置,正中为显示区域,最上面为各种显示界面的切换按钮,下方为滤波器的相关信息显示以及通道选择和时间、幅度轴控制,右边自上而下分别为采样模式选择、采样速率以及采样点数的设置、STOP按钮以及文件保存选择按钮。

基于FPGA的数字存储示波器的设计的开题报告

基于FPGA的数字存储示波器的设计的开题报告

基于FPGA的数字存储示波器的设计的开题报告一、选题背景随着科技的不断进步和发展,数字化技术已成为当今各个领域的主流趋势,数字存储示波器便是其中之一。

数字存储示波器的优点在于数字化处理数据,能够有效地处理和分析信号,同时具有高速、高精度、高灵敏度等优点,因此被广泛用于电子工程、通信工程、机械工程等领域。

而基于FPGA的数字存储示波器则是电子工程领域内的一项重要技术,在满足科技迅速发展的同时,有着快速响应时间、高速数据处理等优点。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是一种可编程逻辑器件,具有灵活的可编程性和快速的实时数据处理能力,被广泛应用于数字系统中。

基于FPGA的数字存储示波器则是将数字存储示波器技术与FPGA技术相结合,使得数字存储示波器具有更高的性能和功能。

二、研究目的本次课题旨在研究设计一种基于FPGA的数字存储示波器,并实现以下功能:1. 采样率高:采用高速ADC转换器,并使用FPGA进行数字信号处理,实现高速的采样和存储。

2. 示波器屏幕显示:采用液晶显示屏或者其他显示屏,显示采集到的波形数据。

3. 波形记录和回放功能:实现对采集的波形数据的记录和回放,方便工程师进行数据分析和处理。

三、研究内容1. FPGA开发环境的搭建:使用Vivado或Quartus等软件工具,完成FPGA开发环境的搭建。

2. 高速ADC转换器的选择和接口设计:选择合适的高速ADC转换器,并设计其与FPGA的接口电路。

3. 数据存储与处理的实现:使用FPGA对采集的数据进行存储和处理,实现数字存储示波器的基本功能。

4. 示波器屏幕的显示:设计示波器屏幕的驱动电路,并实现波形数据的实时显示。

5. 波形记录和回放功能的实现:对采集到的波形数据进行存储和压缩,实现波形记录和回放功能。

四、技术路线技术路线如下:1. 硬件方面:采购合适的高速ADC转换器,设计合适的FPGA接口电路,并选择合适的显示屏或者液晶显示屏。

基于FPGA的虚拟简易数字存储示波器设计

基于FPGA的虚拟简易数字存储示波器设计

中图分类号 :P T
文献 标识码 : A
文 章 编 号 :6 23 9 (0 1 0 —2 30 1 7 —1 8 2 1 ) 80 5 —2
1 引 言
高 速 数 字 化 采 集 技 术 和 F GA 技 术 的 发 展 已 经 对 传 统 P 测 试 仪 器 产 生 了深 刻 的 影 响 。数 字 存 储 示 波 器 ( S ) 模 D 0是 本 文 提 出 一 种 虚 拟 数 字 存 储 示 波 器 的 设 计 方 法 , 用 采
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现代 商贸工业
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数字示波器

数字示波器

三、 写地址计数器
写地址计数器用来产生写地址信号,它由二进制计数器组成, 写地址计数器用来产生写地址信号,它由二进制计数器组成,计数器的位数 由存储长度来决定。写地址计数器的计数频率应该与控制A/D转换器的取样时钟 由存储长度来决定。写地址计数器的计数频率应该与控制 转换器的取样时钟 的频率相同。写地址计数器原理图如图示。 的频率相同。写地址计数器原理图如图示。
8.1 概述 8.2 数字存储示波器的原理分析 8.3 数字存储示波器的设计
8.1 概述
8.1.1 数字存储示波器的组成原理 典型的数字存储示波器原理框图如图所示
8.1.2
数字存储示波器的主要技术指标
1. 最大取样速率 fmax
定义:单位时间内完成的完整 A/D 转换的最高次数。 最大取样速率主要由 A/D转换器的最高转换速率来决定。 最大取样速 率愈高,仪器捕捉信号的能力愈强。 数字存储示波器在某个测量时刻的实际取样速率可根据示波器当时设定 的扫描时间因数(t/div)推算。其推算公式为
8.2.1 实时取样方式的采集原理
取样与A/D转换 一、 取样与 转换 1、取样
取样即连续波形的离 散化,其方法可用右图说 明。把模拟波形送到加有 反偏的取样门的a点,在c 点加入等间隔取样脉冲, 则对应时间 tn(n=1,2, 3,…) 取样脉冲打开取样 门的瞬间,在b点就得到 相应的模拟量an(n=1,2, 3,…),这个模拟量an 就 是取样后得到的离散化的 模拟量。
4. 存储容量
存储容量又称记录长度,用记录一帧波形数据占有的存储容量来表示, 常以字(word)为单位。存储容量与水平分辨率在数值上互为倒数关系。 数字存储器的存储容量通常采用 256B,512B,1KB,4KB 等。存储容 量愈大,水平分辨率就愈高。但存储容量并非越大越好,由于仪器最高取样 速率的限制,若存储容量选取不恰当,往往会因时间窗口缩短而失去信号的 重要成分,或者因时间窗口增大而使水平分辨率降低。
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目录1前言 (1)2总体方案设计 (2)2.1 系统设计要求 (3)2.2 比较方案 (4)2.3 方案论证 (5)2.4 方案选择 (5)3硬件系统设计 (6)3.1 衰减和增益控制电路 (6)3.2差分电路 (7)3.3 采集控制逻辑 (8)4 软件系统设计 (10)4.1 波形显示模块 (10)4.2 触发控制模块 (11)4.3 触发控制子VI模块 (12)4.3通道选择模块 (16)4.4档位设置模块 (18)4.5停止运行模块 (19)4.6数据存储模块 (20)5 系统调试 (22)第 1 页1前言虚拟仪器是一种基于计算机的自动化测试仪器系统。

虚拟仪器的突出优点在于能够与计算机技术结合,将计算机资源与仪器硬件,数字信号处理技术与不同功能的软件模块结合,组成不同的仪器功能。

虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素,硬件功能是获取被测的物理信号,提供信号传输的通道;软件则是实现数据采集、分析、处理、显示等功能,并将其集成为仪器操作与运行的一体化环境。

总体而言,虚拟仪器硬件以VXI、PXI 等先进的计算机接口总线发展为标志,而软件技术则是以VISA、SCPI、IVA 等标准和LabVIEW、LabWindows/CVI 等先进开发平台为核心,构成一个完整的虚拟仪器技术体系。

波形分析是信号处理中重要的分析手段。

虚拟示波器的出现改变了原有示波器的整体设计思路,用软件代替了硬件。

将传统仪器由硬件实现的数据分析与显示功能,改由功能强大的计算机及其显示器来完成,使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析和波形分析。

LabVIEW(实验室虚拟仪器集成环境)是NI 公司(美国国家仪器公司)的创新软件产品,也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境,可实现数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试等实验室研究和工业自动化领域的实际任务。

LabVIEW 从基本的数学函数、字符串处理函数、数据运算函数、文件I/O 函数到高级分析库,包括了信号处理、窗函数、滤波器设计、线性代数、概率论与数理统计、曲线拟合等,涵盖了仪器设计中几乎所有需要的函数。

LabVIEW 的功能模块包括数据采集、通用接口总线和仪表的实时控制、数据分析、数据显示以及数据的存储。

拥有大量数据采集和仪表控。

制的功能模块和开发工具,因此,LabVIEW 可以编出外观和功能都与真实仪表很相似的程序第 2 页2总体方案设计作为一个成功的设计方案的设计和确定是必不可少的,下面我们来介绍本设计的设计要求和方案确定。

1.数字示波器原理数字存储示波器是用 A/D 变换器把模拟信号转换成数字信号,然后把数据存储在半导体存储器 RAM 中。

当有需要时,将 RAM 中存储的内容调出,通过 LCD 用点阵或连线的方式再现波形,其原理框图可以参考图 2.1。

在这种示波器中信号处理和信号显示功能是分开的,它的性能主要取决于进行信号处理的AD 、RAM 和微处理器的性能。

由于采用 RAM 存储器,可以快写数慢读数,使得即使在观察缓慢信号时也不会有闪烁现象。

2.虚拟数字存储示波器组成PC机图2.1 虚拟数字存储示波器虚拟示波器将计算机和测量系统融合于一体,用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能,用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。

通过相关的软件可以设计出的操作方便、形象逼真的仪器面板,不仅可以实现传统示波器的功能,而且具有存储、再现、分析、处理波形等特点,还可以进行各种信号的处理、加工和分析,完成各种规模的测量任务。

而且仪器的体积小、耗电少,方便携带,可以在不同的计算机上使用。

因此,在SJ-8002B 中,也引用了虚拟数字存储示波器的原理来实现数据的采集。

其中的信号调理、AD 转换、存储数据的SRAM 以及控制逻辑都在是实验平台中,计算机主要起到了数据的处理和显示的作用。

图2.1为设计功能总体流程图:第 3 页图2.1设计功能总体流程图2.1 系统设计要求数字存储示波器是虚拟仪器平台测控系统输出部分中常用的电子测试仪器之一,是一种分析和比较信号的综合性仪器,能在荧光屏上将电压或电流以时间函数的形式描绘出来,是电信号的时域测量和显示仪器。

它的主要功能是精确复现作为时间函数的电压波形,显示的波形用来确定数量的信息(如幅度、频率),也可用来获得其质量的信息(如波形);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。

本文介绍利用LabVIEW 应用开发环境,开发的简单双通道虚拟示波器。

第 4 页2.2 比较方案本设计初步构思的方案包括一下两种,具体介绍如下。

2.2.1 方案一:基于LabVIEW 的数字存储示波器。

其主要功能包括:3种通道信号输入、触发控制、通道控制、幅度调整控制、波形显示、程序运行停止、数据存储等。

基本性能如下:数据采样速率为100KSPS(千次采样每秒),分辨率为12 bit;波形显示模式为通道CH1或CH2或ALL;电压参数测量为Vrms 和Vpp 波形类型为双踪示波;通道选择为通道0或1。

数字存储示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。

其功能结构如图2.2所示,最终能实现数据采集、处理、显示等功能。

图2.2 示波器功能结构2.2.2 方案二:基于易控(INSPEC)和单片机数字存储示波器。

其工作原理为:采用STC89C51单片机作为下位机,计算机作为上位机,用工控组态软件易控(INSPEC)实时监控现场信号,上位机通过RS232串口读下位机送入串口中的电压值数据,并且通过串口将数据送回上位机显示在屏幕上,在易控软件上作出仿真界面并作为其实现功能的平台。

第 5 页图2.2方案二总体方案方框图2.3 方案论证方案一:该方案是采用LabVIEW 实现数字存储示波器的功能,使用LabVIEW 进行编程使得整个设计稳定可靠且实现成本较低。

利用LabVIEW 进行产品开发可以极大地提高开发效率, 将LabVIEW 软件开发与串口通信结合设计开发数据采集系统和控制硬件设备,不仅能节约大量开发时间和减少硬件成本,还可以为今后的系统升级留有很大空间。

对于用LabVIEW 编写的程序,我们可以将所有需要的文件,包括主vi 和所有子vi,以及用到的文本文件等附属文件,都放置到一个文件夹中,并确保所有程序都能正确执行。

然后进行相应的操作,我们可以将其转换成可执行文档(.exe),也可以将其转换成SETUP 文件(安装文件),因此,就可以在不同的计算机上运行,即使你的计算机没有安装LabVIEW 软件也不用担心不能运行了,所以使用LabVIEW 设计的系统还具有很好的可移植性。

方案二:该方案是利用STC89C52单片机作为下位机,计算机作为上位机,用易控软件平台作为监控显示采集的数据。

虽然该方案也能实现电压检测的功能,但是其移植性比较差。

2.4 方案选择总体来说,上述两个方案的原理都差不多,差别在于上位机使用的监控软件不同。

方案一的设计采用LabVIEW 作为监控软件,在系统运行的稳定性和可移植性上都优于方案二,所以通过比较,最后决定选择方案一。

第 6 页3硬件系统设计本设计分为硬件设计和软件设计两大部分,下面我们首先介绍本次设计硬件部分设计。

其硬件原理如图3.1所示:3.1示波器硬件原理图图3.1为示波器模块的原理框图。

由图可见,首先是通道1,2接收到信号的的输入,到达衰减增益电路,通过采样频率,触发方式,采样控制逻辑, FPGA 的内部电路,EPP 控制电路来实现对衰减电路的控制输出,使它进入高速的A/D 转换器AD9288,并符合它的测试范围要求,经过9288的转化和采样频率等的控制使数据进入SRAM,最终通过EPP 接口来实现高速的采集,与此同时EPP 接口也控制着采样频率,触发方式等状况。

高速采集的双通道是完全独立的,因此可以完成多种不同的测试任务,实现虚拟双踪数字存储示波器的各种功能。

3.1 衰减和增益控制电路由于示波器的测试范围(-20V~+20V)比AD9288的测试范围(0.5V~1.5V)宽,因此,在采集电路的前端加入信号衰减和信号增益两级幅度调整电路,保证测量的正确性以及提高测量的精确度。

第 7 页1, 1/10图3.2 衰减电路输入通道的第一级是高阻衰减电路如图3-2所示,这样可以保证数字示波器有较高的输入阻抗,同时把较大的输入信号经过衰减,以满足后续电路,K1,K2的衰减倍数都为1或1/10。

这里通过继电器S1,S2来实现电路的切换。

通过设置衰减器的通断设置初级放大系数A1=0.05、1.25、2.5、5;幅度的粗调和直流偏移部分是由12位DAC7512来控制。

通过电子开关改变运放的增益,从而实现幅度的调节。

次级放大系数为A2=×4,则总的通道增益的放大倍数为 A=K1*A1*K2*A2.3.2差分电路由于AD9288采用了差分输入,所以需要将实验板的模拟输入的直流耦合单边信号,无失真的转化为差分信号,并将信号的幅度进行平移即加入一个偏置电压,以满足AD9288 0.5V~1.5V 的输入要求。

本实验板采用了如下的通道电路实现信号的转换。

第 8 页图3.3 差分信号转化电路信号从AD8054第5脚送入到图5-5 的整个差分电路中,最终从VINA 和#VINA 送出差分信号,直接将差分信号送入到AD9288中,由于AD9288允许的输入伏值是0.5V -1.5V,所以在差分电路中我们加入了一个1V 的偏置电压,使得最终的差分信号输出的伏值能够满足AD9288的输入电压的要求,另外相应的交流电压输入也有一定的限制才能够满足AD9288允许输入伏值的要求。

3.3 采集控制逻辑采集部分的关键器件是ADI 公司的AD9288,它是8bit 双通道含有采样保持电路的单片集成的模/数转换器,具有低功耗、体积小、动态特性好、易于实用的特点。

双8bits、40MSPS,低功耗(每个通道90mw),SNR=47DB(在41MHz 时),每个通道的模拟输入范围1.024Vp-p,中心电平Vin0=1/3 Vdd,3.0V 模拟供电(2.7V-3.6V),两种数据输出模式(补码或原码),电平兼容TTL/CMOS。

第 9 页示波器的硬件控制主要分为数据写入(采集)和数据读出(显示)两个部分。

其中控制逻辑全部都存储在FPGA 内部,如图5-4所示:机图3.4 示波器的硬件控制逻辑Ain1和Ain2通道接入同样的采样时钟,将差分电路的差分信号同时送入AD9288中进行转换。

转换后的数据经过缓冲器,送至SRAM 锁存。

当一次采集完成后,由主机读回数据,进行进一步的处理,如滤波、显示等。

数据写入:AD9288在采样时钟CLK 的控制下,将两路差分输入模拟信号CH1和CH2数字离散化为8bit 数字信号经过数据缓冲器送至SRAM。

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