报告范例-数字存储示波器

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1、.简易数字存储示波器摘要：本系统基于数字存储示波器的工作原理，采用高速数据采集和数据处理技术，以微控制器（MCU）和可编程逻辑器件（FPGA）为核心，由模拟通道信号调理、触发控制、数据采集、数据处理、波形显示和人机接口等功能模块组成。此存储示波器既具有一般示波器实时采样显示的功能，又可以对某段瞬时波形进行即时存储和连续回放显示。整个设计实现了存储示波器的功能要求，达到了较高的性能指标。关键字：数字存储；示波器；FPGA一．系统总体方案设计与论证（汉字“一、二、三、……”作为序号时，其后应用顿号，即“一、”下

2、同）1．方案比较与选择数字存储示波器整体结构由三个部分组成：数据采集、波形存储和波形回放。方案一：纯单片机方式。有（由）单片机、A/D转换器、D/A转换器及存储器等组成系统，单片机承担所有的逻辑和时序控制。这种方案要求单片机除了完成基本的处理分析任务以外，还需要完成信号的采集、存储、显示等控制与变换工作。其优点在于系统规模小，有较大的灵活性，在低频示波示有明显的优势，但是不适宜于观察高速信号或复杂信号，难以达到题目要求。方案二：FPGA方式。FPGA/CPLD或带有IP核的FPGA/CPLD完成采集、存储、

3、显示及A/D、D/A转换等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。这种方案的优点在于系统高度集成、结构紧凑、可以实现复杂测量与控制、操作方便；缺点是调试过程繁琐、难度大，难以在短时间内完成系统设计。方案三：单片机与FPGA结合方式。即用单片机完成人机界面、系统控制、信号分析、处理变换等，而用FPGA完成采集控制逻辑生成相应控制时序，这种方案结合了单片机的处理能力和FPGA的高速性能，兼顾了前两个方案的优点。同时大多数的FPGA里面都带有内置的EAB存储阵列，相应的开发工具软件也提供了内部SRAM的宏

4、模块，可以方便的（地）将波形数据RAM置于FPGA内部，省去了外部RAM电路。综合考虑和比较上述几种方案，我们选择第三种方案来实现我们的系统设计。2．系统设计方案本系统采用单片机和可编程逻辑器件作为数据处理机控制核心，将设计任务分解为模拟通道信号调理、触发信号产生、数据采集存储、数据融合处理和人机接口等功能模块。图1给出了该系统的整体框图。插图与正文中术语、名词应保持一致。..图1系统整体框图其中，FPGA采用的是Atera的Cyclone器件,等效逻辑们为50000门，内置大容量SRAM,144引脚封装，

5、可开发资源十分丰富；单片机采用的是51内核的SST89E554RC。一．主要环节方案设计和论证1．信号程控放大采样电路要对-4V~(符号不对，应为“～”，下同)+4V的信号进行采样，必须要将不同幅值的信号经过增益控制整理到AD（这里似应是A/D转换器）的参考电压范围之内，因此需要有程控放大电路，对不同幅值的信号进行不同的放大（衰减）。方案一：先衰减后放大，控制衰减放大的比值。典型的方式是，采用DAC（前面是D/A转换器，应统一）实现程控衰减，即通过改变送入DAC的数字量来控制输出信号的幅值。方案二：直接采用

6、模拟开关、电阻网络组合构成运放的反馈通道，通过切换模拟开关的通道来选择反馈电阻从而选择不同的增益。方案三：采用数字电位器来替代方案二中的模拟开关和电阻网络，通过控制数字电位器的接入电阻值来控制增益。比较上述三种方案：方案一设计新颖，可实现增益的多档切换，但是，由于信号经过了衰减，故对后级运放的增益带宽积提出了更高的要求，器件选择困难；方案二采用可变反馈电阻的单级放大，放大器的带宽更高，同时如果配合精密电位器，可以实现增益的精确校准；方案三采用集成器件，最为简洁，增益控制也十分方便，但是，受数字电位器的级差限

7、制，其增益不可精密校准，这在要求精确增益切换的场合并不适用（略去为好）。综合考虑，本设计采用的是方案二，同时考虑可扩展性，在模拟开关的一个通道上接入数字电位器，这使得增益控制有更大的灵活性。2．数据采集采用中高速模数(前面为A/D)转换器（ADC）MAX114，由FPGA控制MAX114的采样速率。MAX114的转换时间是500ns左右。FPGA的门延时一般为10ns左右，用它来控制MAX114，可实现宽频带的采样（最高采样率2MHz），速度上完全可以满足。3．数据存储采用RAM存储采样量化后的波形数据，F

8、PGA控制RAM的地址线，..并给出读写控制信号。由于在（移到示波器后较好）示波器的连续工作模式下，数据采集和波形显示是在同时进行的，即要求存储器能支持同时读写，这就要求采用双口RAM。在双口RAM的选择上，可以选择IDT7132，IDT7132有两组相互隔离的数据线、地址线、片选线和读写控制线，他们可以对RAM内部的存储单元同时进行读写，互不影响，这就解决了高速存储和读取的问题。本设计没有采（选）用IDT713