【正文】 散值的過程，而量化則是使每個取得的離散值轉(zhuǎn)換成二進值數(shù)字。必須把不同幅度的信號進行變換以適應 AD 采樣的范圍，這樣就可以按照標尺刻度對波形進行測量，為此就要求對大信號進行衰減、對小信號進行放大。亦 可構(gòu)成自動測試系統(tǒng)，成為強有力的系統(tǒng)單元。由于使用晶振時鐘，所以具有很高的測量精度。而后者只能使用昂貴的膠片照相作長期保存。另外，窗口觸發(fā)和數(shù)字組合觸發(fā)在數(shù)字電路、計算機的調(diào)試中十分有用。與此相比數(shù)字存儲示波器就簡單的多。 （ 2）模擬示波器是一個完全的硬件結(jié)構(gòu)，做好之后很難進行功能升級，而數(shù)字示波器不同，它的控制以及其他功能的實現(xiàn)在保證基本硬件后都是由軟件來實現(xiàn)的。其波形更新速率（每秒鐘在屏幕上描畫掃描軌跡的次數(shù)）很高，所以信號的任何變化都會立即顯示出來。而數(shù)字示波器的掃描軌跡亮度和掃描速度與信號重復速率無關(guān)。數(shù)字示波器首先對模擬信號進行高速采樣獲得相應的數(shù)字數(shù)據(jù)并存儲。 沙漏實驗 可以清晰地顯示這個隨時間變化的波形：用沙漏充當重物，并且在沙漏底下的桌面上平鋪一張紙，當沙漏開始擺動時，讓紙勻速移動。 盡管在國際上數(shù)字示波器已經(jīng)有了較為成熟的發(fā)展，我國目前在數(shù)字示波器生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)基本上處于起步階段。TDS2020 示波器具有 100MHZ 的帶寬， 1GS/s 等效采樣率，記錄長度可達 ，內(nèi)部采取高保真讀的獲取技術(shù)，操作簡單。當時這臺用于觀察“生物電信息”的示波器成為我國自己研制的第一臺示波器。 1971 年問世的微處理器，更為示波器的智能化增添了雙翅。 20 世紀 30~50 年代是電子管示波器階段。 1931 年，美國通用無線電公司利用曼弗雷德 .馮 .阿德奈研制的示波管制成了示波器。電子測量，從廣義上來說是指利用電子技術(shù)進行的測量。實現(xiàn)了低速率 A/D 采集高速率信號的功能，驗證了等效采樣的可行性。等效采樣是對多個信號周期連續(xù)采樣來復現(xiàn)一個信號波形，采樣系統(tǒng)能以擴展的 方式復現(xiàn)頻率大大超過奈奎斯特極限頻率的信號波形 。通過等效采樣可以使用較低的采樣頻率獲得較高信號的輸入采集，從而降低了對 A/D 速度的要求，降低了示波器的硬件成本。 摘要： 單片機； CPLD；等效采樣；數(shù)字示波器 II Abstract In this paper, the working principle of the oscilloscope were introduced, the MCU and CPLDbased digital storage oscilloscope of the 20M design. FPGA through the control of highspeed A / D converter ADS831 samples the input signal, the signal input frequency in real time when less than 4MHz sampling, higher than the equivalent time sampling 4MHz. Equivalent Sampling is sampling for a number of signal cycles to rehabilitation is a signal waveform, the sampling system can be a way to extend the plex is much higher than the Nyquist frequency limit of the signal wave frequency. Through the use of low equivalent sampling can obtain a higher sampling frequency of the input signal collection, thereby reducing the speed of the AD to reduce the hardware cost oscilloscopes. In this paper, designed by the oscilloscope for the development and manufacture of oscilloscopes have a certain significance. This paper studied the equivalent in the digital sampling oscilloscope in the development of applications, given the production of Digital Oscilloscope 20M program. Designed hardware oscilloscope analog signal processing circuit, CPLD sampling control circuit and the needs of humanputer interaction by singlechip control circuit. Software, depending on the frequency of the input signal the option of using realtime sampling and equivalent sample equivalent, at the same time to achieve a good human interface. The results show that the use of the equivalent sampling technique that can solve highspeed signal measurement cycle brought about by the issue of the need for highspeed sampling to reduce the conversion rate for the requirements of AD to reduce the hardware cost oscilloscopes. This article is in addition to the use of the general characteristics of the equivalent sampling to collect the signal in addition to the use of the equivalent sampling techniques to collect the signal. AD achieved a low rate of highspeed signal acquisition functions, verify the feasibility of the equivalent sampling. Abstract: Singlechip。電子測量儀器則是采用電子技術(shù)測量電量或非電量的測量儀器，一個國家的電子測量技術(shù)水平，在一定程度上反映了該國的電子技術(shù)水平。這種示波器分成陰極射線管和裝有聚焦旋鈕的主機兩部分，售價 265 美元，這在當時是十分昂貴的。 到 1958 年示波器的帶寬達到了 100MHZ 后便停滯不前。 1971 年，示波器的帶寬提高到 500MHz， 1979 年達到了 1GHz的高峰。 1951 年上海成立新建電議工業(yè)社，當時職工僅 6 人，從事示波器和其它電子測量 儀器的開發(fā)和生產(chǎn)。力科公司在示波器方面世界排行第三，它也推出了各種型號的示波器，并具有獨自的特點，能夠自動測試 32 種參數(shù)。 國內(nèi)示波器主要生產(chǎn)廠家有上海無線電二十一廠、西安紅華無線 電廠、遼寧無線電二廠、江蘇綠揚集團、北京普源精電科技有限公司等。這樣，沙漏中流出的細沙，就在紙上留下了一個正弦波 痕跡，如圖 所示。用數(shù)字信號處理技術(shù)對采樣得到的數(shù)字信號進行相關(guān)處理與運算，從而獲得所需的各種信號參數(shù)。故可以很好地反映出來。與模擬示波器相反，數(shù)字示波器所顯示的是用采集的波形數(shù)據(jù)重建的波形。 存儲示波器是在傳統(tǒng)示波器設(shè)計方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是傳統(tǒng)示波器功能的擴展和補充 。而且存儲 波形還可以擴張、壓縮和移動。 圖 數(shù)字存儲示波器的預置觸發(fā)功能 4． 觀察慢速信號時無閃爍現(xiàn)象 慢速信號使用傳統(tǒng)示波器觀測時光跡存在閃爍現(xiàn)象。 6． 多波形比較分析 數(shù)字存儲示波器能夠存儲多個波形，并能夠在屏幕上同時顯示不同時間或相 8 同時間發(fā)生的幾個波形，因而能夠方便地將已存儲下來的波形與更新波形進行比較分析。采用高分辨率的 A/D 變換器也使幅度測量精度大大提高。 上述兩種不同存儲方式的示波器，各有其優(yōu)缺點和應用特點，但由于數(shù)字存 9 儲示波器比 CRT 模擬存儲示波器有更多優(yōu)點和高的性能價格比，所以近年來得到了顯著的發(fā)展和廣泛的應用。 通道觸發(fā)信號發(fā)生器產(chǎn)生通道的同步觸發(fā)信號，使采集的波形在屏幕上穩(wěn)定地顯示出來。在此過程中，通常采用采樣保持電路，使模擬輸入保證在足夠的時間內(nèi)保持穩(wěn)定，以便轉(zhuǎn)換器完成轉(zhuǎn)換動作，并降低模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器的孔徑時間。因此考慮到各種因素的限制，如成本等， A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率通常采用 8 位。根據(jù)奈奎斯特定理：要從抽樣信號中無失真的恢復原始信號，采樣頻率必須大于等于 2 倍信號最高頻率，即奈奎斯特頻率為信號頻率的兩倍。乃奎斯特采樣定理告訴我們：要不失真的還原輸入信號，對信號的采樣頻率必須大于或者等于輸入信號頻率的兩倍。為構(gòu)建重復信號的圖象，在每一個重復期內(nèi)，等效時間只采樣采集少量的信息。 圖 等效采樣 從現(xiàn)實實現(xiàn)的角度，產(chǎn)生一個非常短非常精確的Δ t 與準確測量與采樣觸發(fā)點相關(guān)的垂直和水平位置相比 ，前者要容易的多。 信號調(diào)理電路 在數(shù)字存儲示波器中， A/D 器件對輸入模擬信號的幅度有一定的要求范圍，例如本設(shè)計所采用的 ADS831 的輸入電壓范圍為 ~。但當要測量幅度較大的信號時，就需要接入衰減器。 二極管 D D2 的作用鉗制輸入信號，防止輸入信號的電壓過高或者過低對信號處理后面的電路產(chǎn)生危害，將輸入信號鉗制在一定的電壓范圍之內(nèi)。 圖 程控放大電路 程控放大器電路如圖 所示，被測信號經(jīng)過衰減耦合之后被送往程控放大電路對信號進行相應的放大，放大倍數(shù)根據(jù)所選擇的電壓值檔位確定。本系統(tǒng)選用的模擬開關(guān)的型號為 CD74HC4052， CD74HC4052 為二選一模擬開關(guān)，供電電壓為 ? 5V，輸入信號的范圍為 ? 5V，導通阻抗典型值為 70? ，帶寬為 100MHz。 硬件觸發(fā)電路 觸發(fā)電路的作用就是保證每次時基掃描或采集的時候，都從輸入信號上與定義的相同的觸發(fā)條件開始，這樣每一次掃描或采集的波形就同步，可以每次捕獲的波形相重疊，從而顯示穩(wěn)定的波形，或保證單次信號的捕獲?？勺冸娮?R28 主要在調(diào)試階段用于手動調(diào)節(jié)觸發(fā)電平。 圖 AD 轉(zhuǎn)換電路 ADS831 的采樣精度為 8 位， 8 位轉(zhuǎn)換器對于示波器來說是夠用的，就本系統(tǒng)來計算，本系統(tǒng)選用的 LCD 顯示模塊的分辨率為 320*240，垂直分辨率為 240格，而 8 為轉(zhuǎn)換精度的分辨率為 256 格，比顯示器的分辨率還高，所以絕對夠用。信號經(jīng)過運放 U4A 之后電平被提升了 ，從而使輸入信號1V~+1V 對應 ADS831 輸入的 ～ 。本系統(tǒng) MCU 選擇 MEGA128， CPLD 選用ALTERA 公司的 EP1C6T144 器件，可在系統(tǒng)編程。 圖 時鐘分頻電路 圖 為 CPLD 內(nèi)部實現(xiàn)的時鐘產(chǎn)生電路，其輸出時鐘的頻率由選擇輸入端。 PB0~PB3 作為SPI 通信端口與主 MCU 相連進行兩個單片機之間的通信。 PDC~PC5 共 6 個 IO 口接通道 1 的模擬部分的程控電路來對信號進行必要的調(diào)理。 主 MCU 在初始化 LCD、 SPI 之后就一直等待 FIFO 中寫滿數(shù)據(jù)，只要一幀數(shù)據(jù)被寫滿立即將數(shù)據(jù)讀入 MCU 之中， MCU 在計算之后直接將數(shù)據(jù)顯示出來。 所以軟觸發(fā)在達到觸發(fā)條件后可以非常穩(wěn)定的工作，在本示波器的主 MCU 中控制觸發(fā)的語句見以下程序段： for(i=0。 if(j=374) //若存儲數(shù)據(jù)不足則跳出循環(huán) break。 SPI 典型的時序圖 如圖 所示： 圖 SPI 時序圖 串行外設(shè)接口 SPI 允許 AVR 單片機和外設(shè)之間進行高速的同步數(shù)據(jù)傳輸。 33 圖 SPI 主 /從機互連 本系統(tǒng)中只用只使用主 MCU 控制從 MCU，所以主 MCU只用于發(fā)送控制數(shù)據(jù)，而從 MCU 只用于接收控制數(shù)據(jù)，所以將主 MCU 配制成 SPI 主機，將從MCU 配制成 SPI 從機即可。從 MCU 狀態(tài)機接收程序如下所示。 else SPI_Status=SPI_START。 發(fā)送數(shù)據(jù)時約定數(shù)據(jù)格式，即兩個單片機之間的通信協(xié)議：每次發(fā)送通信三個個字節(jié)，第一個字節(jié)為起始字 節(jié)、第二個字節(jié)為命令字節(jié)，第三個字節(jié)為參數(shù)字節(jié)。 SPI 主機 從機的互連如圖 所示，系統(tǒng)包括兩個移位寄存器和一個主時鐘發(fā)生器。 //顯示波形 程序的意思是只有當