便携式高速数据采集与波形回现系统的设计与实现

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1、硕士学位论文题目:便携式高速数据采集与波形回现系统的设计与实现研究生刘莎莎专业通信与信息系统指导教师张福洪教授完成日期2016年3月抗州电子科技大学学位论文原创性声明巧使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研巧工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的硏究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中レッ明确方式标明。料若有不实之处一申诸学位论文与资，本人承担切相关责任。‘论文作者签名；４而巧曰期：年月义曰＾１学位论文使用授权说明本

2、人完全了解杭州电子科技大学关于保留和便用学位论文的规定，即；研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子脚技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为抗州电子科技大学。学校有枚保留送交论文的复印件，、允许查阅和借阅论文，缩印或其；学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容可Ｗ允许采用影印它复制手段保存论文。（巧密论文在解蓝后遵守此规定）＞论文作者签名：日ｃＨＡ巧日期：年；月［：＾（指导教师签名：曰期卸月＞曰：２ｊ｜杭州电子科技大学硕士学位论文便携式高速数据采集与波形回现系统的设计与实现研究生：刘莎莎指导教师：张福洪教

3、授2016年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityFortheDegreeofMasterTheDesignandImplementationofPortableHigh-speedDataAcquisitionandWaveformReconstructionSystemCandidate:LiuShashaSupervisor:Prof.ZhangFuhongMarch，2016杭州电子科技大学硕士学位论文摘要随着数字系统的飞速发展，超高速数据流已成为现代数字系统的一个主要特征。伴随着信号频率的不断上升，数字系

4、统的前端就需要用到高速，甚至超高速的数据采集系统来对信号进行采样以实现对信号的传输。随着越来越多的应用场合，如野外作业场地和设备生产现场，希望在对信号进行采集后可以直接回现出原信号，以便直接对信号进行分析和观察等，因此便携式数据采集及波形回现系统就有了一定的发展空间。本论文设计并实现了一种硬件结构简单、稳定性高、精度高、功耗低的高速数据采集及波形回现系统，包括硬件平台的设计和VerilogHDL（VerilogHardwareDesignLanguage，Verilog硬件编程语言）语言编程。系统采用FPGA（FieldProgrammableGateArray，现场可编程

5、门阵列）+随机等效采样的结构来实现，不仅能对高速信号进行采样，还可直接重构出被采样信号。本文的主要研究内容如下所述：首先对现有的数据采集方法进行分析，确定了系统的数据采集方案：采用实时采样和随机等效采样结合的工作方式。当信号频率较低时使用实时采样，当信号频率较高时使用随机等效采样。实时采样可直接进行，无需对采样数据进行额外的处理便可直接恢复出原信号；而随机等效采样则需要一定的触发采样过程和信号处理过程才可实现对原信号的重构，因此本设计的研究重点将放在随机等效采样的实现上。对随机等效采样而言，使用中等采样速率的AD（AnalogtoDigital，模数变换）芯片即可达到较高的

6、等效采样率，这不仅减小了实现难度，还可避免使用GSPS级别采样率的芯片，以免信号频率过高，产生串扰、干扰、抖动等现象从而影响系统工作的稳定性。随后，对随机等效采样的两个关键技术：短时间测量和波形重构技术做了介绍。重点研究了现有的短时间测量方法，分析了其优缺点，以便最终可与本设计使用的时间测量方法进行对比，突显它的优越性。其次根据制定好的数据采集方案设计了硬件平台。采用FPGA作为系统的主控制器和运算器来协调各模块的工作，完成对各模块的控制及数据交换，同时实现随机排序算法。分别以比较器、AD采样芯片、DA（DigitaltoAnalog，数模变换）转换芯片为核心完成了触发电路

7、、模数转换模块和数模转换模块的电路设计。给出了系统电源模块的详细设计，讲述了系统的PCB（Printedcircuitboard，印刷电路板）布局布线。然后将系统划分为更具体的模块，详细介绍了各模块的实现原理。以实现随机等效采样为主，使用VerilogHDL语言实现了模块化的结构，完成了触发整形模块、短时间测量模块和波形重构等模块的编程。同时使用嵌入式逻辑分析仪SignalTapII对各模块的重要信号进行分析，结合仿真结果来详细讲述各模块的实现原理和实现过程。其中，短时间测量模块通过使用一种新型时间测量方法——状态