基于avr單片機(jī)數(shù)字示波器-全文預(yù)覽
【正文】 ............................................................................................................. 6 摘要：本數(shù)字示波器，以 AVR 單片機(jī) Mega32 單片機(jī)和可編程邏輯器件 EPM240（CPLD ）為核心，由通道輸入，采樣與保持，觸發(fā)，采集，數(shù)據(jù)處理，波形顯示和操作面板等功能模塊組成。其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)規(guī)模小，有一定的靈活性，但是不適宜于等效采樣，難以達(dá)到題目要求。即用單片機(jī)完成人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、信號(hào)分析、處理變換，用 CPLD 完成采集和控制邏輯。圖 1 給出該系統(tǒng)的總體框圖。由于信號(hào)的采樣與失中之間是非同步的，是的每個(gè)采樣周期的觸發(fā)點(diǎn)與下一個(gè)采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔是隨即的，由因?yàn)樾盘?hào)是周期的，可以將每個(gè)采樣周期的采樣，等效為對(duì)有觸發(fā)點(diǎn)確定的同一段波形的采樣。從以上討論可知，采用非實(shí)時(shí)取樣所的得到的取樣信號(hào)脈沖列，其包絡(luò)波形同樣可以重現(xiàn)原信號(hào)波形，而且由于包絡(luò)波形的持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)了，這樣就可以以較低的采樣速率獲得極高的帶寬。本系統(tǒng)設(shè)定掃描速度從 100ns20ms，依據(jù)上式，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的采樣速率如表 2 所示。運(yùn)放選用 TI 公司的電流反饋型運(yùn)放 THS3095，該運(yùn)放的增益帶寬為 210MHz，電壓轉(zhuǎn)換速率為 7300V/μs，典型同相輸入阻抗為 。掃速 S 100ns 200ns 500ns 1μs 2μs 5μs 10μs 20μs 50μs采樣率fs/MHz 200 100 40 20 10 4 2 1 掃速 S 100μs 200μs 500μs 1ms 2 ms 5 ms 10ms 20ms 50ms采樣率fs/kHz 200 100 40 20 10 4 2 1 輸入通道 衰減網(wǎng)絡(luò) 放大器 4 采樣與保持電路在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持輸入信號(hào)不變。如圖 3 采樣保持器的原理圖。在數(shù)字示波器中觸發(fā)信號(hào)只是在采樣存儲(chǔ)器選取信號(hào)的一種標(biāo)志，以便靈活的選取采樣存儲(chǔ)器中某部分的波形送至顯示窗口，在數(shù)字示波器中設(shè)有延遲調(diào)節(jié)，可以自由改變觸發(fā)點(diǎn)的位置。 顯示部分顯示器我們選用的是 240*128 點(diǎn)的液晶顯示器，該液晶并不能完全滿足掃描速率和垂直分辨率的要求，但由于市場(chǎng)上合適的液晶買不到，故我們采用滾動(dòng)顯示的方式來實(shí)現(xiàn)掃描速率和垂直分辨率的要求。按照標(biāo)準(zhǔn)輸入阻抗測(cè)量方法測(cè)試，輸入阻抗為 1 MΩ，滿足題目要求。測(cè)試條件：信號(hào)頻率為 10MHz，參照示波器 TDS3054B，此時(shí)無法完整顯示波形。以上數(shù)據(jù)表明，該示波器的各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足題目要求，部分結(jié)果仍存在一些問題，如：等效采樣部分測(cè)量，其主要原因是：首先 CPLD 器件速度不能滿足要求，其次等效采樣的時(shí)序沒有理順。通過這次比賽，是我們的實(shí)際動(dòng)手能力得到了一次強(qiáng)化，更加深了對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解。測(cè)試數(shù)據(jù)如表 6 所示表 6信號(hào)頻率 10Hz 1kHz 10kHz 50kHz 1MHz 5MHz 10MHz示波器測(cè)試值 0 0 0 存儲(chǔ)功能測(cè)試儲(chǔ)存功能經(jīng)測(cè)試功能正常 校準(zhǔn)信號(hào)測(cè)試校準(zhǔn)信號(hào)用示波器 TDS3054B 測(cè)量，將示波器輸入阻抗調(diào)至 1 MΩ，顯示頻率為 的方波，幅度為 310mV，誤差為 %。表 3信號(hào)周期 100ns 2μs 2ms 10ms 20ms 50ms 掃速/(div) 100ns 2μs 2ms 10ms 20ms 50ms 周期數(shù) 0 0 0 誤差 100% 100% 100% 2% 2% 1% 0垂直靈敏度測(cè)試數(shù)據(jù)如下所示。 基本功能測(cè)試經(jīng)測(cè)試，內(nèi)觸發(fā)方式工作正常，觸發(fā)電平可調(diào)；上升沿觸發(fā)、外部觸發(fā)方式在滿足觸發(fā)條件是成功觸發(fā)
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