數(shù)字示波器-電子競賽一等獎作品-在線瀏覽
2024-08-04 21:26本頁面
【正文】 回放、測頻、觸發(fā)沿選擇、校準(zhǔn)信號輸出等功能。此外，較寬的信號帶寬（10Hz～10MHz）和較大的幅度動態(tài)范圍（1mV～8V）也給前級的信號調(diào)理電路提出了很高的要求。即完全由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)前級信號程控調(diào)理、采樣保持電路及A/D轉(zhuǎn)換器的控制、數(shù)據(jù)的處理及存儲、波形顯示和控制電路等功能。即由單片機(jī)來完成信號調(diào)理和人機(jī)界面等頂層控制功能，而由FPGA來完成采集和信號處理等底層的核心計算。但是，單片機(jī)在處理高速信號時略顯吃力。相比之下，方案二則更加合理和可靠。用其進(jìn)行采樣時鐘控制和信號處理，是提高系統(tǒng)性能和指標(biāo)最有效的方法。（2）前級信號調(diào)理方案設(shè)計：方案一：一路調(diào)理。方案二：多路調(diào)理。示波器選擇不同的檔位，則選擇了不同的信號通路。綜合考慮，我們選擇了方案一，并精心設(shè)計了實(shí)現(xiàn)電路，使用了壓控放大器AD603進(jìn)行兩級放大，前面還加了BUFFER634以提高系統(tǒng)的輸入阻抗。2．系統(tǒng)總體框圖 （圖省）本系統(tǒng)采用單片機(jī)和FPGA作為數(shù)據(jù)處理和控制核心，將設(shè)計任務(wù)劃分為前級通道信號調(diào)理、觸發(fā)信號產(chǎn)生、保持與采樣、數(shù)據(jù)處理與存儲、波形顯示、控制面板等功能模塊。本系統(tǒng)也采用隨機(jī)等效采樣來實(shí)現(xiàn)題目要求。由于時間差在一個采樣周期內(nèi)是隨機(jī)分布的，當(dāng)多輪采樣后，采集的數(shù)據(jù)序列就能在一定的時間內(nèi)遍歷所有可能的取值。如圖２所示是隨機(jī)等效采樣示意波形：（圖省）在隨機(jī)等效采樣技術(shù)中，關(guān)鍵是測出每次觸發(fā)點(diǎn)與下一個采樣時鐘間的時間差。一般可以借助時間軸展寬方法測量，時間軸展寬是一電容充放電雙斜率電路，要求充放電的時間比例很準(zhǔn)確，本系統(tǒng)利用高主頻FPGA計數(shù)來測量時間差。例如，用1MHz的實(shí)時采樣速率實(shí)現(xiàn)200MHz的等效采樣，即等效倍數(shù)為200，則需要進(jìn)行200輪采樣，每輪采樣1個點(diǎn)。用1MHz的采樣速率實(shí)現(xiàn)等效倍數(shù)為200倍的隨機(jī)采樣，需要在1us的時間內(nèi)測出200個不同的隨機(jī)時間差，則FPGA至少應(yīng)工作在200MHz的主頻上。即垂直方向共256點(diǎn)，顯示分辨率為32點(diǎn)/（詳見硬件電路設(shè)計中關(guān)于ADC部分），則示波器幅度軸上的8div對應(yīng)著峰峰值為5V的信號，,由此可以計算出每一檔的垂直靈敏度所對應(yīng)的信號放大倍數(shù)，如表1所示：表1垂直靈敏度與信號放大倍數(shù)對應(yīng)關(guān)系垂直靈敏度/(mV/div)251020501002005001000放大倍數(shù)125根據(jù)不同的檔位選擇，通過單片機(jī)內(nèi)置的D/A輸出不同的直流電壓，來控制AD603的放大倍數(shù)，以完成信號的放大需求。在固定的存儲深度下，采樣率fs與掃描速度S成反比，即10*S*fs=M，系統(tǒng)取M=200，則fs=20/S。表2 掃描速度與采樣率的對應(yīng)關(guān)系掃描速度（/div）100ns
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