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基于FPGA的双通道简易可存储示波器设计

基于FPGA的双通道简易可存储示波器设计

摘要:本文介绍了一种基于FPGA的采样速度60Mbit/s的双通道简易数字示波器

设计,能够实现量程和采样频率的自动调整、数据缓存、显示以及与计算机之间的数据传输。

关键词:数据采集;数字示波器;FPGA

引言

传统的示波器虽然功能齐全,但是体积大、重量重、成本高、等一系列问题使应用受到了限制。有鉴于此,便携式数字存储采集器就应运而生,它采用了LCD显示、高速A/D采集与转换、ASIC芯片等新技术,具有很强的实用性和巨大的市场潜力,也代表了当代电子测量仪器的一种发展趋势,即向功能多、体积小、重量轻、使用方便的掌上型仪器发展。

系统组成结构及工作原理

系统的硬件部分为一块高速的数据采集电路板。它能够实现双通道数据输入,每路采样频率可达到60Mbit/s。从功能上可以将硬件系统分为:信号前端放大及调

理模块、高速模数转换模块、FPGA逻辑控制模块、单片机控制模块、USB数据传输模块、液晶显示和键盘控制等几部分,其结构形式如图1所示。

图1系统原理结构图

输入信号经前置放大及增益可调电路转换后,成为符合A/D转换器要求的输入

电压,经A/D转换后的数字信号,由FPGA内的FIFO缓存,再经USB接口传输到计

算机中,供后续数据处理,或直接由单片机控制将采集到的信号显示在液晶屏幕上。

高速数据采集模块

本系统可实现双通道同步数据采集,而且每通道的采集速度要达到60Mbit/s,考虑到两路数据采集应保持同步并行,因此在设计中采用每通道都有独自的采样保持器和A/D转换器。选用MAXIM公司MAX1197型A/D转换器,它是一款双通道、3.3V 供电、每通道60Mbit/s采样频率的模数转换器芯片。它内部集成双路差分宽带采样保持器和A/D转换器,可以输出锁存,具有低功耗、小尺寸、高动态性能的特点。

本系统的测量电压的范围可达到±300V,采用示波器探头和电路板上分压的方法将输入信号先进行1:1或10:1或100:1衰减,然后再通过后续电路处理以满足A/D 转换器的输入电压范围要求。

被测信号通过通用探头和分压器得到的输出信号,由于输出阻抗较高,需要经过阻抗变换成为低的输出阻抗,以保持信号的完整性。同时,对于一个系统来讲,过载是不可避免的,在过载情况下,如果没有保护,器件很容易损坏。因此,系统中设计了由二极管和电阻构成的过载保护电路,将输入信号限制在±4.8V的范围之间。对于阻抗变换,选择ADI公司的高性能FET输入单电压反馈放大器AD8065芯片,构成跟随器来实现阻抗变换。经过阻抗变换的信号,还要通过增益调节,在能使输入到A/D转换器的电压满足A/D的输入电压要求,采用模拟开关和宽带精密放大器配合,由模拟开关选通不同的接入电阻值,从而实现不同的放大倍数,达到程控放大的目的。增益调节电路如图2所示,输入保护及阻抗变换电路如图3所示。

图2增益调节电路

图3输入保护及阻抗变换电路

FPGA控制单元

可编程逻辑器件FPGA是一种半定制的ASIC,它允许电路设计者自行编程实

现特定应用的功能。本设计采用了原理图输入和VHDL语言输入两种不同的方法,控制单元承载了大部分控制任务,为各个功能模块提供相应的控制信号以确保整个系统工作的正确性。具体实现如下几个方面的功能:

分频电路及产生A/D转换器的控制信号

本数据采集系统,具有比较宽的测量范围,在FPGA内部设计了一个分频电路,

用来实现针对不同频率的被测信号选择不同的采样频率,确保采集数据更加精确。分频单元采用图形输入方法实现其内部结构图如图4所示。在图4中,利用T触发器在输入为1时,每个时钟沿到来时输出会发生跳变来实现分频的。同时我们可以看出,T触发器的输入是有一些逻辑组合构成的,这就构成了门控时钟。对于门控时钟,仔细分析时钟函数,以避免毛刺的影响。而门控时钟在满足以下两个条件时,则可保证时钟信号不出现危险的毛刺,门控时钟可以像全局时钟一样可靠的工作。

·驱动时钟的逻辑必须只包含一个“与”门或一个“或”门。如果采用任何附加逻在某些工作状态下,会出现竞争产生的毛刺。

·逻辑门的一个输入作为实际的时钟,而该逻辑门的所有其它输入必须当成地址或控制线,它们遵守相对于时钟的建立和保持时间的约束。

对于本设计中的A/D转换器,其控制信号只有两个:时钟输入信号CLK和使能输出信号OE。CLK信号直接通过有源晶振输入60M的信号,而OE信号则通过

FPGA内部将和CLK同频同相的时钟信号反相后得到,这样刚好可以满足A/D转换

器的转换时序关系。

图4分频电路内部结构图

图5分频电路和频率选择电路符号图

上述分频电路和频率选择电路及A/D转换器的控制信号产生电路在顶层生成了相对应的逻辑符号如图5所示。

FIFO功能单元设计

本系统的A/D采样速率比较高,采样周期达到16.7ns,而选用的华邦公司单片机77E58,在晶振40MHz的读写周期是100ns,而且总线的传输速率又比较低,因此两者在速度上无法匹配。在这种情况下,必须要在高速采集和低速处理之间建立相应的缓冲途径才能保证系统的正常工作。为此在A/D转换器和单片机处理器中间加入一个先入先出式缓冲器(FIFO),以缓解高速信号和低速设备之间的接口矛盾。本设计中利用EP1K50QC208中自带的EAB(嵌入式逻辑块),通过Quartus II中的LPM工具直接生成两个512*8位的FIFO,作为两路A/D转换器的数据缓冲。Quartus II中产生的图形符号和其时序波形图形如图6所示。FIFO的输入信号有数据输入信号,直接和A/D转换器的输入相连下;写信号和写使能信号,写信号和上述频率选

择信号相连,可以以合适的速率将数据写入FIFO,写使能设置为永远有效;读信号和读使能信号,这都有单片机发出的控制信号给出;异步清零信号则在每次写FIFO 前将其清空。输出信号有数据信号,和单片机的数据线相连,传送数据;满标志信号,当有效时停止对FIFO的写操作;空标志信号,当有效时停止对FIFO的读操作。

图6FIFO图形符号和其时序波形图

图7测频模块的符号图

频率测量模块设计

图8双通道波形显示

频率测量模块在本系统中起着非常重要的作用,它不仅决定着采样频率,还决定液晶显示屏幕的基本时间基准。测量频率其实就是单位时间内的计数。在本设计中,测频模块的具体设计思路为:首先将A/D转换器转换后的数据通过一个比较器得到测频脉冲,由于本设计中的A/D 将0V电压转换为0x80,为避免在0V附近的小信号振荡造成测频误差,将比较器的固定比较值设定为0x88。然后将测频脉冲通过一个D触发器同步后便开始计数,在计数过程中为避免尖脉冲或毛刺信号造成对计数的影响,根据上次测频的结果选择合适的过滤脉宽,即比给定脉冲宽度小的信号脉冲将不会被计数,提高了整个测量的精度。整个测频模块的符号图如图7所示。在图7中,compare为比较模块,然后经过触发器同步后,通过脉宽过滤模块(FreLatch1)后到计数测频模块(MeasureFrequency),测量得到的数据通过八位寄存器counter_out1、counter_out2和counter_out3输出。OneSecondPulse模块为产生1s脉冲的模块,为计数提供基准参考脉冲。

液晶显示及键盘模块

在本次设计中,我们选用内置SED1335控制器的液晶显示模块MS320240B,分辨率为320*240。不仅可以单独的进行文本显示或图形显示,还可以进行图形文本合成方式显示。在本系统中能够把被测信号的波形、两个游标与波形相交点的电压值及时间值显示在液晶屏上。在液晶屏的显示如图8所示。

在实现人机通信功能的单片机通信输入设备中,最简单的是由按键组成的开关矩阵构成的键盘,它随时可以发出各种控制命令和进行数据输入。通常按键所用为机械开关,有很多缺点,主要是按键被按下或弹起时都会有轻微的抖动,抖动时间和开关的机械特性有关,一般为5ms~10ms。为了避免在抖动期间扫描键盘得到错误的行值和列值,一般在检测到有键按下后延时10ms再进行扫描。在本设计中,采

用一个3*8的行列式键盘,发出各种命令来对采集器进行类似于示波器按钮的操作。

图9简易示波器的上位机控制面板

USB通信单元

本次设计采用Cypress公司的CY7C68013芯片实现USB传输模块的设计,CY7C68013是符合USB2.0标准的芯片。通过USB总线把采集的数据实时的传递给计算机,便于上位机也可以实时的显示波形,还可以很方便的存储数据。

上位机应用程序设计

在上位机中利用计算机强大的计算能力和图形环境,建立图形化的软面板来替代常规的仪器控制面板。软面板上具有与实际仪器相似的开关、指示灯及其它控制部件。用户通过鼠标或键盘操作软面板,检验仪器的性能和可操作性。同时,用户不用编写测试程序,就可以可进行测试、测量,实现了测试的自动化、智能化。

在本设计中采用LabVIEW编写上位机图应用程序。简易示波器的上位机控制面板如图9所示,它主要实现双通道波形显示功能。显示面板采用游标来进行电压和时间的测量,可以减小人为的读数误差提高测量准确度。当两个通道同时显示时,可以通过前面板上的“当前通道选择”按钮来选择要显示的通道的参数。RUN/STOP 按键能够启动和停止数据采集显示模块,便于操作和读数。前面板还带有拖拉和缩放按钮,方便查看图形。

结语

本文是基于FPGA的简易数字示波器系统的硬件/软件的设计思路和设计方

案。此系统设计完成后,测试表明系统可以将采集到的数据通过软件程序控制转换成相应的波形显示出来,显示的波形和输入信号的波形基本一致,能够实现数据采集、缓存、传输及波形显示等便携式采集系统的基本功能,具有非常广阔的应用前景。

参考文献:

1.沈兰荪,高速数据采集系统的原理与应用,北京:人民邮电出版社,1995

2.赵新民,智能仪器设计基础,哈尔滨工业大学出版社,1999

3.刘全等,便携式20M数字存储示波器,电子制作,2005年第4期

4.王成儒,李英伟,USB2.0原理与工程开发,北京:国防工业出版社,2004

双通道虚拟示波器

双通道虚拟示波器 1.设计题目:双通道虚拟示波器 2设计目的:了解、熟悉并掌握虚拟仪器的相关知识;完成所要求的实验内容。 3.设计要求: 参考:Search Examples》Demonstrations》Instrument I/O》 Two-Channel Oscilloscope ,数据可存储回放 4.设计思路:采用“基本函数发生器”模块作为正弦波.方波,锯齿波,然后用 条件结构设计通道选择的设计,且两个通道可调频率和幅值,以求达到用户所需的信号,再用while循环将整体包括以使波形能连续输出,整个过程需通过波形图控件来显示产生的波形,在通过配备DAQ和采集卡设计可验证输出信号的设计图。 5设计实现过程: (1)前面板的设计 (2)设计的基本原理和设计步骤

<1>首先设计一个while循环,按上述顺序在“条件结构”并列位置找到“while循环”,如图示:将其拉大包含以上的“条件结构”。 <2> 创建DAQ助手采集信号,模拟量的采集,设置双通道AI0,AI8,最小最大电压-10,10v <3>设置,开辟缓冲区大小。

<4>DAQmx Read.vi 每次读取多少样本 <5>设置通道选择,A,B,AB。单通道,双通道选择。 <6>示波器Y轴幅值的设置 计算公式连接簇,连接Y轴属性节点 <7>示波器X轴时间设置

计算公式连接簇,连接Y轴属性节点 <8>存储回放模块设置 一.存储模块。新建条件结构,在其中放入写入测量文件模块。连接连线。 二.回放模块。新建条件结构,在其中放入读取测量文件。连接连线。

<9>在前面板放置两个示波器显示模块,连接连线 <10>设置while循环采样时间

示波器的使用实验报告

示波器的使用实验报告 示波器的使用实验报告1 在数字电路实验中,需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单,而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛,且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。 1 示波器工作原理 示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。 1.1 示波管 阴极射线管(CRT)简称示波管,是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示,电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内,构成了一个完整的示波管。 1.荧光屏 现在的示波管屏面通常是矩形平面,内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高

速电子穿过铝膜,撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用,有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。 当电子停止轰击后,亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做余辉时间。余辉时间短于10s为极短余辉,10s1ms为短余辉,1ms0.1s 为中余辉,0.1s-1s为长余辉,大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管,高频示波器选用短余辉,低频示波器选用长余辉。 由于所用磷光材料不同,荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管,以保护人的眼睛。 2.电子枪及聚焦 电子枪由灯丝(F)、阴极(K)、栅极(G1)、前加速极(G2)(或称第二栅极)、第一阳极(A1)和第二阳极(A2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极,阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒,套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低,对阴极发射的电子起控制作用,一般只有运动初速度大的少量电子,在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔,奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低,则全部电子返回阴极,即管子截止。调节电路中的W1电位器,可以改变栅极电位,控制射向荧光屏的电子流密度,从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连,所加电位

基于FPGA的简易数字示波器工作原理及方框图

基于FPGA的简易数字示波器工作原理及方框图 摘要:本文介绍了一种基于FPGA的采样速度60Mbit/s的双通道简易数字示波器设计,能够实现量程和采样频率的自动调整、数据缓存、显示以及与计算机之间的数据传输。 关键词:数据采集;数字示波器;FPGA 引言 传统的示波器虽然功能齐全,但是体积大、重量重、成本高、等一系列问题使应用受到了限制。有鉴于此,便携式数字存储采集器就应运而生,它采用了LCD显示、高速A/D采集与转换、ASIC芯片等新技术,具有很强的实用性和巨大的市场潜力,也代表了当代电子测量仪器的一种发展趋势,即向功能多、体积小、重量轻、使用方便的掌上型仪器发展。 系统组成结构及工作原理 系统的硬件部分为一块高速的数据采集电路板.html' &111nmouseover="javascript:showpos(event,this)" &111nmouseout="javascript:ClearTimer()" target="_blank" style="color:#00A2CA">电路板。它能够实现双通道数据输入,每路采样频率可达到60Mbit/s。从功能上可以将硬件系统分为:信号前端放大及调理模块、高速模数转换模块、FPGA逻辑控制模块、单片机控制模块、USB数据传输模块、液晶显示和键盘控制等几部分,其结构形式如图1所示。 图1 系统原理结构图 输入信号经前置放大及增益可调电路转换后,成为符合A/D转换器要求的输入电压,经A/D转换后的数字信号,由FPGA内的FIFO缓存,再经USB接口传输到计算机中,供后续数据处理,或直接由单片机控制将采集到的信号显示在液晶屏幕上。 高速数据采集模块 本系统可实现双通道同步数据采集,而且每通道的采集速度要达到60Mbit/s,考虑到两路数据采集应保持同步并行,因此在设计中采用每通道都有独自的采样保持器和A/D转换器。选用MAXIM公司MAX1197型A/D转换器,它是一款双通道、3.3V供电、每通道60Mbit/s采样频率的模数转换器芯片。它内部集成双路差分宽带采样保持器和A/D转换器,可以输出锁存,具有低功耗、小尺寸、高动态性能的特点。 本系统的测量电压的范围可达到±300V,采用示波器探头和电路板上分压的方法将输入信号先进行1:1或10:1或100:1衰减,然后再通过后续电路处理以满足A/D转换器的输入电压范围要求。

示波器的使用实验报告

实验一通用模拟与数字双踪示波器的使用及测量 一、实验目的和要求 1.根据已学的示波器理论知识学习正确使用通用双踪示波器,并利用示波器进行各种电信号的测量,熟练掌握模拟示波器的使用。 2.学习数字式通用示波器的使用,了解其在测量上的强大功能,并与模拟示波器进行比较,体会各自在测量上的特点。 3.认真按实验内容的要求进行实验,记录有关的数据和波形,回答实验内容中提出的有关问题,并按时提交实验报告。 二、实验原理 在时域信号测量中,电子示波器无疑是最具代表性的典型测量仪器。它可以精确复现作为时间函数的电压波形(横轴为时间轴,纵轴为幅度轴),不仅可以观察相对于时间的连续信号,也可以观察某一时刻的瞬间信号,这是电压表所做不到的。我们不仅可以从示波器上观察电压的波形,也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数。 电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的,如果在示波管的X偏转板(水平偏转板)上加一随时间作线性变化的时基信号,在Y偏转板(垂直偏转板)加上要观测的电信号,示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。 若水平偏转板上无扫描信号,则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此,只有当X偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开,看到信号的时间波形。 一般说来,Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的,也不一定是整数倍,因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定,则显示波形便会不断向左或向右移动,波形将一片模糊。这就有一个同步问题,即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。只要选择不同的触发电平和极性,扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始,从而使显示波形稳定、清晰。 在现代电子示波器中,为了便于同时观测两个信号(如比较两个信号的相位关系),采用了双踪显示的办法,即在荧光屏上可以同时有两条光迹出现,这样,两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上,双踪显示时,有交替、断续两种工作方式。交替、断续工作时,扫描电压均为一种,只是把显示时间进行了相应的划分而已。 由于双踪显示时两个通道都有信号输入,因此还可以工作于叠加方式,这时是将两个信号逐点相加起来后送到Y偏转板的。这种工作方式可模拟谐波叠加,波形失真等问题。同时,如果改变其中一个的极性,也可以实现相减的显示功能。这相当于两个函数的相加减。 示波器除了用于观测信号的时间波形外,还可将两个相同或不同的信号分别加于垂直和水平系统,以观测两信号在X-Y平面上正交叠加所组成的图形,如李沙育图形。它可用于观测两个信号之间的幅度、相位和频率关系。 三、实验仪器设备 1.模拟双踪示波器CS-4135A 一台 2.数字双踪示波器TDS-1002B 一台 3.DDS函数信号发生器DG1022 一台

基于LabVIEW的虚拟示波器设计

目录 1.设计要求 (1) 1.1主要功能模块 (1) 图1 功能结构框图 (1) 1.1.1 数据采集模块 (1) 1.1.2 波形显示模块 (1) 1.1.3 参数测量模块 (2) 1.1.4 频谱分析模块 (2) 1.1.5 数据存储和回放模块 (2) 1.2 主要控制结构 (2) 1.2.1 测量控制结构 (2) 1.2.2 自动调整扫描率控制结构 (2) 2.虚拟仪器设计方案 (3) 3.虚拟仪器设计步骤 (4) 3.1 DAQ数据采集模块: (5) 3.2 模拟采集模块 (6) 3.3 波形显示模块 (7) 3.4参数测量模块 (8) 3.4.1频谱分析模块 (10) 3.5 数据存储和回放模块 (12) 3.6 波形打印模块 (13) 3.7主要控制结构 (14) 3.7.1测量控制结构 (14) 3.7.2自动调整扫描率控制结构 (15) 4.总结 (16) 5.参考文献 (17) 6.附录: (18)

摘要 摘要:虚拟仪器是现代测量技术和计算机技术相结合的产物,标志着自动测试与电子测试仪器领域技术发展的一个崭新方向.随着信息技术和计算机技术的高速发展,数字信号处理作为一门新兴的学科,其重要性日益在各个领域的应用中体现出来。本文介绍了可以利用LabVIEW完成对信号的输入及获取、信号电压参数及时间频率参数的自动测量、信号的波形显示及存储回放和信号的频谱分析等功能。该示波器主要由数据采集DAQ(Data Acquisition)、接口总线、硬件驱动程序和虚拟数字示波器软件构成。 关键词:虚拟仪器LabVIEW 示波器 Abstract: Virtual instrument is the product of modern measurement technology and the combination of computer technology, marked a new direction of automatic test and electronic measurement instrument technology development. With the rapid development of information technology and computer technology, digital signal processing as a new subject, reflected the growing importance of application in the field of each. This paper introduces the LabVIEW can be used to complete the signal acquisition, signal input and parameters of voltage and time frequency parameter automatic measurement, signal waveform display and storage playback and signal spectrum analysis and other functions. The oscilloscope is composed of data acquisition DAQ (Data Acquisition), interface bus, hardware driver and virtual digital oscilloscope software. Keywords: The virtual instrument LabVIEW oscilloscope

双通道虚拟信号发生器设计

虚拟仪器课程设计报告 题目:双通道虚拟信号发生器设计 双通道虚拟信号发生器设计 一、课程设计说明: 对于任何测试来说,信号的生成非常重要。例如,当现实世界中的真正信号很难得到时,可以用仿真信号对其进行模拟。常用的测试信号包括:正弦波、三角波、方波、锯齿波、各种噪声信号以及由多种正弦波合成的多频信号。信号发生器在测量中应用非常广泛,它可以产生不同频率的正弦信号、方波、三角波、锯齿波等,

其输出的幅值和直流偏置也可以根据需要进行调节。信号发生器种类繁多,专用信号发生器是专门为某种特殊的测量而研制的,如电视信号发生器、编码脉冲信号发生器等;通用信号发生器按输出波形可分为正弦信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器和噪声发生器等,其中正弦信号发生器最具普遍性和广泛性。 LabVIEW虚拟仪器技术软件开发平台提供了丰富的信号产生函数。通过编写适当的LabVIEW程序,设计与实现一个双通道虚拟信号发生器。 本课题基于虚拟仪器LabVIEW图形化软件开发平台,设计一种双通道虚拟信号发生器,要求所设计的双通道虚拟信号发生器可以产生和显示正弦信号、三角波、方波、锯齿波、公式波及是否加噪声信号。具体指标与要求如下: (一) 正弦信号、三角波、方波、锯齿波信号 1、频率及幅值可调; 2、偏置量及方波的占空比可调; 3、可调整幅值、相位、频率;调整后无须重新启动(但是有组合按键); 4、在产生的信号中可以加入高斯白噪声。 5、可以设置通道选项,可以选一个通道,也可以选两通道。 6、公式波信号:当选择产生公式波信号时,可以通过信号发生器前面板输入 相应的公式,从而得到相应的波形信号。 7、通道1、通道2可以分别产生正弦信号、三角波、方波、锯齿波或公式波信 号。通过设置一个“退出”按钮来退出程序。两个通道产生的信号必须在 同一个示波器(Graph)中显示波形,但彼此互不干扰。每个通道可以对波形 进行单独控制,分别可以选择产生输出正弦信号、方波信号、三角波信号、锯齿波信号或公式波信号。并可以对采样信息,频率,幅值以及相位参数 进行调节控制,方波还可以控制占空比。 8、采样频率和采样数课设置。 9、波形颜色可以控制,可以显示出:红色,黄色,蓝色等三种颜色。这里采 用了事件结构来编写,在下面会介绍的。 二、课程设计目的 通过本次课程设计使学生具备: (1)了解现代仪器科学与技术的发展前沿;(2)学习和掌握虚拟仪器系统组成和工作原理;(3)掌握虚拟仪器LabVIEW图形化软件设计方法与调试技巧;(4)培养学生查阅资料的能力和运用知识能力。 三、课程设计要求

基于FPGA和ARM的数字存储示波器控制系统的设计

匡圜銎兰妻茎量鳖鲨兰釜塑生文章编号:1671—4598【2010)03一0575一02中图分类号:TP274;TM935文献标识码:A 基于FPGA和ARM的数字 存储示波器控制系统的设计 李仪,潘佑华 (东莞理工学院,广东东莞523808) 摘要:本数字示渡器以FPGA和ARM9(s3c2410)为核心芯片。由输入信号调制、触发控镧、数据采集、数据处理、波形显示和操作面板等功能模块组成;既具有一般示波器实时采样的功能,还具有等效采样和预触发的功能;在显示上以LCD触摸屏的方式,通过ARM9与FPGA的通讯能在LcD800×480上显示被测信号的频率和扫描速度等;设计中采用模块化设计方法,并使用了多种EDA工具,提高了设计的效率。 关键词:数字示波器;实时采样I等效采样;A/D、D/A转换f触发控制 DesignofDigitalOscillographControlSystemBasedonFPGAand ARM LiYi。PanYouhua (DongGuanUniversityofTechnology,DongGuan523808,China) Abtr扯t:ThisdigitaloscillographusedFPGA曲dARM9(S3Cz410)asitscorechip.includingchannelintroductionprocess,triggercontroller,datasampling,datapmcessing,waveformdisplayandoperatingpanel.Itnotonlyhsthefunctionofreal—timesampIing,butalsohasthefunctionofrealtimesamplingandpre—triggercontroI.ItuseLCDandtouchscreentodi印Iay.Throughthecommunicatebe—tweenFPGAandARM9,thefrequencyandratecanbedisplayedonLcD800×480.The8ystemappliedmodularizationdesignmethodandusedmanifoldtoolsofEDA,whichmakethedesignmoreefficient. Keywor出:digitaloscillograph;r钮l—timesampIing;equivalenttimesampling;A/D、D/Aconverter;triggercontrol 0引言 随着大规模集成电路技术、信号分析与处理技术及嵌人式微处理器软硬件技术的迅速发展,现代电子测量技术与仪器领域也在不断探讨新的仪器结构和新的测试理论及方法。数字存储示波器作为电子测量系统中应用最为普遍的电子测量仪器之一,是工业控制和教学科研常用的基础仪器,是电子技术教学和电子产品生产中不可缺少的设备,也是教学研究或生产中的主要投资内容。 数字存储示波器集A/D技术与ASIC技术、FPGA技术、ARM技术,LCD显示技术于一体,具有极高的技术含量、很强的实用性和巨大的市场潜力。数字示波器的主要技术指标有带宽、采样速率、存储深度和波形更新速率。为了保证测试信号幅度和上升沿的精度,选择示波器的带宽应为被测信号频率的3~5倍,精确测量要8~10倍或以上;对于采样速率和存储深度,一般制造商给出的采样速率都是最大值,即在最快扫描时问下所达到的采样速率,但是在实际的测量中,采样速率是一个变化的指标,随着扫描时间的变慢,采样速率也相应降低,所以它的实际值取决于时基和存储深度[1]。本设计通过对数字存储示波器的研究与设计,进一步提高仪器的整体性能。 收藕日期:2009—10一19I修回日期:2009—11—27. 基金项目:国家自然科学重大基金项目(10890095)I广东省工业攻关计划(2005810101042)。 作者简介:李仪(1965一).男,广东湛江人。高级工程师,电子学院实验中心主任,主要从事电路与显示技术方向的研究。1系统设计 本系统设计框图如图1所示。整个系统以可编程逻辑器件(FPGA)和ARM9(S3C2410)为核心,包括前端信号处理电路,A/D与D/A转换电路、触发电路、数据采集处理电路、波形显示控制电路和人机交换电路等组成。本设计通过FPGA作为高速控制核心实现对外围输入模拟信号的采样,对AD等芯片的控制。对采样的信号进行处理,对波形参数的计算等c“。用ARM9作为主控制器,控制FPGA工作,通过编程设置实现测频、显示驱动、波形存储控制等功能和点阵液晶模块实现人机交互[3]。 -堆衬悭蚪覃 L叫网叫翮 笸捌 ● 蜜罾输帏 唾擒 ◆ 1人机交l l垫墨匦I 图1示波器原理框图 2前端信号处理电路 因为外部输入信号的幅度不一,但后级A/D转换电路对输入的信号的幅度有一定的要求,若输入信号的幅度不在A/D转换芯片的正常工作幅度范围内,则A/D芯片就不能正常的工作,那么整个系统也就不能正常运转。所以前端电路就要实现对外部输入信号幅度控制,若输入信号的幅度高于A/D芯片正常工作的范围,则先对这信号进行适量的衰减;若输人 中华测控网 chin锄ca.com 万方数据

大学物理实验示波器实验报告

示波器的使用 【实验简介】 示波器是用来显示被观测信号的波形的电子测量仪器,与其他测量仪器相比,示波器具有以下优点:能够显示出被测信号的波形;对被测系统的影响小;具有较高的灵敏度;动态范围大,过载能力强;容易组成综合测试仪器,从而扩大使用范围;可以描绘出任何两个周期量的函数关系曲线。从而把原来非常抽象的、看不见的电变化过程转换成在屏幕上看得见的真实图像。在电子测量与测试仪器中,示波器的使用范围非常广泛,它可以表征的所有参数,如电压、电流、时间、频率和相位差等。若配以适当的传感器,还可以对温度、压力、密度、距离、声、光、冲击等非电量进行测量。正确使用示波器是进行电子测量的前提。 第一台示波器由一只示波管,一个电源和一个简单的扫描电路组成。发展到今天已经由通用示波器到取样示波器、记忆示波器、数字示波器、逻辑示波器、智能化示波器等近十大系列,示波器广泛应用在工业、科研、国防等很多领域中。 Karl Ferdinand Braun 生平简介 1909年的诺贝尔物理奖得主Karl Ferdinand Braun 于1897年发明世界上 第一台阴极射线管示波器,至今许多德国人仍称CRT 为布朗管(Braun Tube)。 【实验目的】 1、 了解示波器的结构和工作原理,熟悉示波器和信号发生器的基本使用方法。 2、 学习用示波器观察电信号的波形和测量电压、周期及频率值。 3、 通过观察李沙如图形,学会一种测量正弦波信号频率的方法。 【实验仪器】 VD4322B 型双踪示波器、EM1643型信号发生器、连接线及小喇叭等 图8-1 Karl Ferdinand Braun 5 6 9 10

LabVIEW环境下基于声卡的虚拟示波器软件设计_图文(精)

第24卷第3期计算机应用与软件 Vol 124,No .32007年3月Computer App licati ons and Soft w are Mar .2007 收稿日期:2004-10-25。全国教育科学十五规划项目 (ECB030477。吕红英,助教,主研领域:虚拟仪器技术,远程实验技术。 LabV I E W 环境下基于声卡的虚拟示波器软件设计 吕红英 1,2 吴先球2刘朝辉2陈俊芳 2 1 (华南农业大学理学院广东广州510642 2 (华南师范大学物理与电信工程学院广东广州510631 摘要基于计算机声卡的虚拟仪器成本低、通用性强,在对采样频率要求不高的情况下,可以用声卡取代数据采集卡进行采样 和输出。利用虚拟仪器开发工具软件Lab V I E W 及其数字声音记录节点,研制出基于声卡的虚拟双踪数字存储示波器,其功能和界面都与真实示波器相同。重点阐述了数据采集、触发控制、显示控制几个主模块的设计方法。关键词虚拟仪器声卡Lab V I E W 虚拟示波器 SO FT W ARE D ES I GN O F V I RTUAL O SC I LLO SCO PE BASED

O N SO UND CARD UND ER LabV I E W L üHongying 1,2W u Xianqiu 2L iu Zhaohui 2Chen Junfang 2 1 (College of Sciences,South China Agricultural U niversity,Guangzhou Guangdong 510642,China 2 (School of Physics and Teleco mm unication Engineering,South China N or m al U niversity,Guangzhou Guangdong 510631,China Abstract The vitrual instru ment based on PC s ound card has the virtues of l ow cost and powerful generality,and the s ound card can take the p lace of the p lug 2in data 2acquisiti on board on l ow 2frequency conditi on .I n this article,the virtual double 2traced st orage oscill oscope based on s ound card,whose functi on and interface were designed according t o the actual oscill oscope,was devel oped using virtual instru ment s oft w are Lab V I E W and its digital s ound record nodes .The designs for severalmain modules such as data acquisiti on,triggering contr ol and dis p lay con 2tr ol were chiefly expounded . Keywords V irtual instru ment S ound card Lab V I E W V irtual oscill oscope 1引言 随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展,虚拟仪器逐渐成 为现代仪器的发展方向,其中大部分虚拟仪器都是基于各种数

基于FPGA的数字示波器

基于FPGA的数字示波器

论文题目: 基于FPGA的数字示波器

1.摘要 (4) 2.原理 (4) 3.系统方案对比及分析 (5) 3.1.以FPGA来实现整个系统 (5) 3.2.采用DSP与FPGA来实现整个系统 (5) 3.3.采用FPGA与单片机来实现整个系统 (5) 4.系统设计方案 (6) 5.系统框图 (6) 6.系统技术指标 (7) 7.AD模块简介 (7) 8.频率测量模块及方案比较 (7) 8.1.测周期法 (8) 8.2.测频率法 (8) 8.3.方法选择及使用 (8) 8.4.Verilog设计结构 (9) 9.数据处理模块 (10) 10.FIFO存储模块 (10) 10.1.FIFO_1 (10) 10.2.FIFO_2 (10) 11.Nios II软核模块 (11) 12.VGA显示 (11) 13.系统软件构架设计 (12) 13. Nios II软件实现 (14) 14.1.DMA传输 (14) 14.2.1.PIO中断 (15) 14.系统的测试和分析 (16) 15.总结 (23) 16.参考文献 (24)

1.摘要 随着信息技术的发展,对信号的测量技术要求越来越高,示波器的使用越来越广泛。数字示波器是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物,他主要以微处理器、数字存储器、A/D转换器和D/A转换器为核心,输入信号首先经A/D转换器转换成数字信号,然后存储在RAM中,需要时再将RAM中的内容读出,经D/A转换器恢复为模拟信号显示在示波器上,或者通过接口与计算机相连对存储的信号作进一步处理,这样可大大改进显示特性,增强功能,便于控制和智能化。这种数字示波器中看到的波形是由采集到的数据经过重构后得到的波形,而不是加到输入端上信号的波形。设计提出一个经过优化的数据采集方法,辅以FPGA为主控制器和必备的外围电路完成了基于FPGA的数字存储示波器的设计。系统最大限度地利用了FPGA的高速数字信号处理能力以及众多硬核和软核内嵌的特性,降低了成本和开发难度,且性能优良。 2.原理 数字示波器具有存储数据的能力,数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号。当信号进入数字存储示波器,或称 DSO 以后,在信号到达CRT 的偏转电路之前,示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器(ADC)对这些采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字。这个过程称为数字化。获得的二进制数值贮存在存储器中,对输入信号进行采样的速率称为采样速率。采样速率由采样时钟控制。对于一般使用情况来说,采样速率的范围从每秒 20 兆次(20MS/s)到 200MS/s。存储器中贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。所以,在DSO中的输入信号接头和示波器 CRT 之间的电路不只是仅有模拟电路。输入信号的波形在 CRT 上获得显示之前先要存贮到存储器中,我们在示波器屏幕上看到的波形总是由所采集到数据重建的波形,而不是输入连接端上所加信号的直接波形显示。示波器原理框图如下:

数字存储示波器毕业论文

摘要 数字存储示波器是随着数字电路的发展而发展起来的一种具有存储功能的新型示波器。原先人们看好的模拟示波器的一些优点,目前数字示波器已完全能够做到,特别是在捕获非重复信号、避免信号的虚化和闪烁、在时间上从触发事件反问寻迹——实现在电路中隔离故障等方面,数字示波器显示出了模拟示波器无可比拟的优势。因此,数字示波器由于其优势的性能、良好的性能价格化,刚一问世,就显示出它强大的生命力,各行各业均迫切需要,有其广阔的发展前途。 本简易数字存储示波器,以单片机为控制核心,由通道调理、触发、波形显示等功能模块组成。本系统对触发系统、水平扫描速度和垂直灵敏度的自动设置功能(AUTOSET)及波形参数测量等功能进行了重点设计。设计中采用了模块化设计方法,并使用了多种EDA工具,提高了设计效率。整个设计实现了存储示波器的所有功能要求,达到较高的性能指标。 关键词:存储器,转换器,数字存储示波器,单片机

ABSTRACT It is that one developed with development of the digital circuit is new-type oscillograph which stores the function that the figure stores the oscillograph . Original ancestors see some advantages of the good simulation oscillograph , the digital oscillograph can already be accomplished at present, catching and is not repeating the signal, avoiding melting and glimmers specially emptily, reply the mark of seeking from the incident of touching off on time of the signal --Realizing it in isolating the trouble in the circuit etc., the digital oscillograph demonstrates the incomparable advantage of the simulation oscillograph . So digital oscillograph because performance , good performance price of advantage their, just coming out , demonstrated its strong vitality, all trades and professions needed urgently , there is its wide development prospect. . T his simple and easy figure stores the oscillograph, regard one-chip computer as the core of controlling, nursed one's health, touched off by the pass-way, the wave form shows, etc. the function module makes up . Such functions as automatic establishment function (AUTOSET ) and wave form parameter that this system scanned the speed and vertical sensitivity in touching off system , level are measured have been designed especially. Have adopt the module design method in the design, has used many kinds of EDA tools, have improved design efficiency. The whole of functions of designing and realizing storing the oscillograph require , reach the higher performance index Keyword: the memory , the converter, the figure stores the oscillograph , Micro Computer Unite

示波器使用大学物理实验报告示范及数据处理

《示波器的使用》实验报告 物理实验报告示范文本: 包含数据处理李萨如图 【实验目的】 1.了解示波器显示波形的原理,了解示波器各主要组成部分及它们之间的联系和配合; 2.熟悉使用示波器的基本方法,学会用示波器测量波形的电压幅度和频率; 3.观察李萨如图形。 【实验仪器】 1、双踪示波器 GOS-6021型 1台 2、函数信号发生器 YB1602型 1台 3、连接线示波器专用 2根 示波器和信号发生器的使用说明请熟读常用仪器部分。 [实验原理] 示波器由示波管、扫描同步系统、Y轴和X轴放大系统和电源四部分组成, 1、示波管 如图所示,左端为一电子枪,电子枪加热后发出一束电子,电子经电场加速以高速打在右端的荧光屏上,屏上的荧光物发光形成一亮点。亮点在偏转板电压的作用下,位置也随之改变。在一定范围内,亮点的位移与偏转板上所加电压成正比。 示波管结构简图示波管内的偏转板 2、扫描与同步的作用

如果在X 轴偏转板加上波形为锯齿形的电压,在荧光屏上看到的是一条水平线,如图 图扫描的作用及其显示 如果在Y 轴偏转板上加正弦电压,而X 轴偏转板不加任何电压,则电子束的亮点在纵方向随时间作正弦式振荡,在横方向不动。我们看到的将是一条垂直的亮线,如图 如果在Y 轴偏转板上加正弦电压,又在X 轴偏转板上加锯齿形电压,则荧光屏上的亮点将同时进行方向互相垂直的两种位移,其合成原理如图所示,描出了正弦图形。如果正弦波与锯齿波的周期(频率)相同,这个正弦图形将稳定地停在荧光屏上。但如果正弦波与锯齿波的周期稍有不同,则第二次所描出的曲线将和第一次的曲线位置稍微错开,在荧光屏上将看到不稳定的图形或不断地移动的图形,甚至很复杂的图形。由此可见: (1)要想看到Y 轴偏转板电压的图形,必须加上X 轴偏转板电压把它展开,这个过程称为扫描。如果要显示的波形不畸变,扫描必须是线性的,即必须加锯齿波。 (2)要使显示的波形稳定,Y 轴偏转板电压频率与X 轴偏转板电压频率的比值必须是整数,即: n f f x y = n=1,2,3, 示波器中的锯齿扫描电压的频率虽然可调,但要准确的满足上式,光靠人工调节还是不够的,待测电压的频率越高,越难满足上述条件。为此,在示波器内部加装了自动频率跟踪的装置,称为“同步”。在人工调节到接近满足式频率整数倍时的条件下,再加入“同步”的作用,扫描电压的周期就能准确地等于待测电压周期的整数倍,从而获得稳定的波形。 (1)如果Y 轴加正弦电压,X 轴也加正弦扫描电压,得出的图形将是李萨如图形,如表所示。李萨如图形可以用来测量未知频率。令f y 、f x 分别代表Y 轴和X 轴电压的频率,n x 代表X 方向的切线和图形相切的切点数,n y 代表Y 方向的切线和图形相切的切点数,则有 y x x y n n f f = 李萨如图形举例表

基于虚拟仪器的双通道示波器设计

本科毕业设计(论文) 题目:基于虚拟仪器的双通道示 波器设计 学号: 074821549 XX:陈浩东 班级: 07光电A2 专业:信息显示与光电技术 学院:电子与电气工程学院 入学时间: 2007年 指导教师:X卫纲 日期:2011年4月28日

毕业设计(论文)独创性声明 本人所呈交的毕业论文是在指导教师指导下进行的工作及取得的成果。除文中已经注明的内容外,本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名:陈浩东 日期:2011.4.28 基于虚拟仪器的双通道示波器设计 摘要 摘要:虚拟仪器(简称VI)是电子测量技术与计算机技术深层次结合、具有良好发展前景的新一类电子仪器。其核心思想是通过软件将计算机硬件与仪器硬件有机的结合,利用计算机的强大的数据处理能力,由用户根据软件定义的界面来操作计算机,完成对被测信号的采集、分析、处理、判断及显示等一系列功能,从而实现仪器的功能。虚拟仪器的出现标志着自动测试技术与电子测量仪器技术进入一个崭新的发展时期,随着科学技术的发展,虚拟仪器将成为未来仪器的必然趋势。随着测控技术、通信技术和计算机技术的飞跃发展,20世纪80年代提出的虚拟仪器技术也迅速发展起来.并且不断改进原有的测量技术,扩大虚拟仪器的测

控功能和应用领域。虚拟仪器的核心思想是“软件就是仪器”。即利用强大的计算机资源使本来需要硬件实现的技术软件化,以最大限度地降低系统成本,增强系统功能和灵活性。 介绍一种虚拟双通道示波器的设计与实现过程。该仪器是基于图形化编程语言LabVIEW8.2开发的,具有数据采集、波形显示、数据存储、回放测量、输出打印、网上传送等功能。试验结果表明,该仪器工作性能稳定,测量精度高,功能可以不断扩展,而且人机友好界面清晰.适合不同层次的人员使用。 示波器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。与传统的示波器相比,本研究设计的虚拟示波器主要具有以下优点:1)功能和性能指标可以扩展; 2)操作面板简单清晰,初学者易掌握;3)具有强大的网络通信能力。此外,还具有数据采集、数据显示、数据存储、数据回放、数据网络传送等功能。 关键词:虚拟仪器;双通道示波器;LabVlEW the design of dual channel virtuaoscilloscope ABSTRACT Abstract:With therapid development of the monitoring and control technology, munication technology andputer technology, virtual instrument technology was also rapidly developed which had been proposed on the 20th century, 80 yearsand it continuously improved its original measurement technique. This could expand themeasurement and control functions and application areas of the virtual instrument.The core idea of the virtual instrument is “Software is the instrument”! It means using the powerful puter resources to reduce system cost and enhance the system functionality and flexibility withhigh limitof the technical software that has been achieved with the hardware. This article deals with the design of dual channel virtuaoscilloscope.The instrument was developed based on graph languagenamed LabVIEW,and it can perform various tasks such as acquiring data,displaying waveform ,

基于FPGA的数字存储示波器的设计毕业设计

本科生毕业设计 基于FPGA的数字存储示波器的设计Design a digital oscillograph based on FPGA

毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名:日期: 指导教师签名:日期: 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名:日期:

学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名:日期:年月日 导师签名:日期:年月日

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