基于单片机和FPGA的数字示波器的设计

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1、第19卷第18期电子设计工程2011年9月Vo1．19No．18ElectronicDesignEngineeringSep．2011基于单片机和FPGA的数字示波器的设计李璐，李腾飞，李飞飞(武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079)摘要：随着电子技术的发展，对电路测量的要求越来越高。提出了一种基于数字示波器原理，以单片机和FPGA为控制核心的数字示波器实现方法。系统由信号调理、程控放大、比较整形和时钟产生、采样控制、测频模块和校准信号产生等模块组成。可测频率范围10Hz到lOMHz，幅度范围2mV到2OV，垂直灵敏度共l1档，扫描速度共2l档。实时采样<1MSa／s，

2、等效采样>20MSa／s，采用内触发方式，触发电平可调，且能提供频率为100kHz的方波校准信号。实践表明．整个系统工作稳定，人机界面友好，操作简单。关键词：数字示波器；程控放大；垂直灵敏度；扫描速度；等效采样中图分类号：TM935．37文献标识码：A文章编号：1674—6236(2011)18—0078—04DesignofdigitaloscilloscopebasedonmicrocontrollerandFPGAULu，LITeng-fei，LIFei-fei(SchoolofElectronicInformation，WuhanUnivers，Wuhan43007

3、9，China)Abstract：Withthedevelopmentofelectronictechnology，thecircuitmeasurementshavebecomeincreasinglydemanding．Amethodtorealizedigitaloscilloscopeisproposed，whichbasedonthetheoryofdigitaloscilloscope，usingthemicrocontrollerandFPGAcoreasthecontrolcore．Systemconsistsofsignalconditioning，pro

4、grammableamplification，compareandshaping，clockgeneration，samplingcontrol，frequencymeasurementandcalibrationsignalgeneratormodule．Measurablefrequencyrangesfrom10Hzto10MHz，theamplituderangesfrom2mVto20V，has11kindsofverticalsensitivity，21kindsofscanningspeed．Real-timesampling

5、sampling>20MSds，usingofinnertrigger，thetriggerlevelisadjustable，andcanprovideafrequencyof100KHzsquarewavecalibrationsigna1．Practiceshowsthattheentiresystemisstable，hasfriendlyinterfaceandsimpleoperation．Keywords：digitaloscilloscope；programmableamplification；verticalsensitivity；scanspeed；eq

6、uivalentsample和传统模拟示波器相比，数字存储示波器不仅具有可存测频部分采用测周法和等精度测频法相结合的方案，将储波形、体积小、功耗低，使用方便等优点，而且还具有强大测量频率分为两部分，低频采用测周法，高频采用等精度测的信号实时处理分析功能llj。自上个世纪七十年代诞生以来，频法[41．根据信号的频率范围来自动选择测量方案，并根据本它已成为测试工程师必备的工具之一。随着数字技术的采不同频率自动改变周期扩展倍数，这样可以大大地提高测量用．示波器成为集显示、测量、运算、分析记录等各种功能于精度。一体的智能化测量仪器，其市场需求更是节节攀升日。数字存1．2偏置调节储示

7、波器逐渐取代模拟示波器。目前，国内具有自主知识产由于运放的失调电压和电路的随机噪声，放大电路存在权的数字存储示波器还非常少，昂贵的价格阻碍了数字存储零点漂移。需要调节偏置。示波器在生产实验中的广泛应用[31。在研究剖析数字存储示方案一：采用硬件调偏置，可以用加法器或运放调节偏波器的工作原理的基础上．笔者就数字示波器系统阐述了一置，但会增加硬件电路的复杂性，精度也不高。种设计思路，并详细论述其设计和实现过程。方案二：采用软件调偏置，可以在软件中求得信号幅度峰峰值，将作为零点，即可实现软件调偏置。主要误差为1方案论证与