简易多功能数字存储示波器(蔡天 林立 苏鑫)

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1、2007电子设计大赛简易多功能数字示波器参赛学校：武汉大学参赛队员：蔡天林立苏鑫时间：2007-7-27赛前辅导教师：黄根春张望先文稿辅导教师：黄根春徐大敏摘要本系统基于数字示波器基本原理，以8051单片机和FPGA组成的最小系统为控制核心；系统的频率范围为1Hz～2.8MHz，使用高速ADC芯片对任意波形信号进行采样量化，并在模拟示波器上显示，同时能对信号的基本参数进行数字测量，其中频率误差优于0.1％，幅度误差优于5％；通过FPGA对量化值进行FFT运算，实现了对输入信号的频谱分析；此外，本系统

2、还可以利用傅立叶变换的性质对双通道输入的两路信号进行相位差测量，误差小于0.5o；实现周期信号的失真度测量，误差小于1％；系统的显示输出采用模拟示波器和128*64点阵液晶相结合的方式，连续可调电位器和3*8键盘为输入接口，故系统波形显示清晰，操作简单，界面友好。关键词：示波器FFT失真度测相AbstractThesystem,mainlycontrolledbythecombinationofMCU8051andALTEA’sCycloneFPGA,isbasedontheelementsofDi

3、gitalOscillograph.Allkindsofsignalwiththefrequencyfewerthan2.8MHzcanbesampledbyADCchipAD9051andAD197.ThedataofsamplingisoperatedunderFFT,witharesultofthefrequencyspectrumoftheinputsignal.Addition,thesystemalsocanmeasurethephasicdifference,withtheprecis

4、ionfewerthan.Weadopttheanalogoscillographand128*64dot-matrixLCDscreensasexportequipment,3*8keyboardsandadjustableresistanceasimportequipment.Peoplewillfindeasytohandlethesystemwithcleardisplayandfriendlyinterface.Keyword:oscillographFFTAudibilityofDist

5、ortion-第11页-2007电子设计大赛目录摘要1Abstract1目录2一、方案论证与选择31．题目任务要求及相关指标的分析32．方案的比较与选择3二、系统总体设计方案及实现方框图5三、理论分析与计算51、采样速率52、幅度控制53、波形的数据处理及相关参数测量54、快速傅立叶变换及误差6四、主要功能电路的设计61、输入信号放大与采样量化电路62、同步采样时钟产生电路73、水平垂直div调节电路74、模拟示波器显示电路7五、系统软件的设计7六、测试数据与分析81．使用仪器及型号82．测试方案8

6、3．测量数据及结果分析8七、总结分析与结论91、题目要求完成情况92、调试总结9八、附录101、电路原理图102、参考文献11-第11页-2007电子设计大赛一、方案论证与选择1．题目任务要求及相关指标的分析(1)题目要求仪器的输入阻抗大于100kΩ，我们可以使用一级射级跟随器或者同相放大器来实现；垂直刻度为8div，分辨率为32级/div，要求设置0.01V/div、0.1V/div、1V/div三档垂直灵敏度，误差≤5%，即直流档时输入信号电压范围为-4V～+4V，交流档时输入信号峰峰值范围为0

7、V～8V，但为了能使用0.01V/div和0.1V/div档来清晰的观察小信号波形，所以需要根据输入信号的电压幅度的大小来对其进行适当放大或缩小，以适合ADC的采样和量化；水平刻度为10div，分辨率为20点/div，要求设置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三档扫描速度，仪器的频率范围为DC～50kHz，误差≤5%，考虑极限情况，使用20μs/div档，采样周期为1μs，即此时采样频率为1MHz，对于0.2s/div和0.2ms/div，我们可以使用1MHz的采样频率，然后在下

8、抽样，也可以分别使用100Hz和100KHz的采样频率。（2）题目要求仪器具有单次触发存储显示方式和连续触发存储显示方式，触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发、触发电平可调，单次触发，即每按动一次“单次触发”键，仪器在满足触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储，然后连续显示；连续触发，即仪器能连续对信号进行采集、存储并实时显示，且具有锁存（按“锁存”键即可存储当前波形）功能。同时要求具有水平移动扩展显示功能，要求存储深度增加一倍，并且能通过操