文档介绍：数字示波器(C题)一、任务设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器,示意图如图1所示。图1数字示波器示意图二、(1)被测周期信号的频率范围为10Hz~10MHz,仪器输入阻抗为1MW,显示屏的刻度为8div×10div,垂直分辨率为8bits,水平显示分辨率≥20点/div。(2)垂直灵敏度要求含1V/div、。电压测量误差≤5%。(3)实时采样速率≤1MSa/s,等效采样速率≥200MSa/s;扫描速度要求含20ms/div、2μs/div、100ns/div三档,波形周期测量误差≤5%。(4)仪器的触发电路采用内触发方式,要求上升沿触发,触发电平可调。(5)被测信号的显示波形应无明显失真。(1)提高仪器垂直灵敏度,要求增加2mV/div档,其电压测量误差≤5%,输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。(2)增加存储/调出功能,即按动一次“存储”键,仪器即可存储当前波形,并能在需要时调出存储的波形予以显示。(3)增加单次触发功能,即按动一次“单次触发”键,仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储(被测信号的频率范围限定为10Hz~50kHz)。(4)能提供频率为100kHz的方波校准信号,±5%(负载电阻≥1MW时),频率误差≤5%。(5)其他。数字示波器参赛队员:曾杜,温智宁,彭涛指导老师:黄根春摘要:本系统基于MCU8051和FPGA的控制平台,采用实时采样与等效采样两种方式实现了对频率为10Hz~10MHz的波形数据的实时采样,存储与回放。做到垂直灵敏度含1v/div,,扫描速度含20ms/div,2v/div,100ns/div三档。本系统的频率测量精度达10级,。本系统自带100KHz方波信号为系统测频时钟与电压基准源的进行自动校准,此外,本系统还实现了对波形数据的单次触发存储与调出功能和AUTO显示功能,而且系统的显示输出设备采用128*64点阵液晶,3*8键盘为输入设备,操作简单,界面友好。关键词:等效采样 采样保持 触发一、(1)题目要求仪器测量的波形频率范围为10Hz~10MHz。由此可知,题目要求的波形频率范围较广,包括低中高频,在频率测量方案中,要选用合适的比较器。此外,由于涉及高频信号在对信号的处理时,应注意做好抗干扰工作。(2)垂直灵敏度含1v/div,,即要求我们对信号进行三级的程控放大,且增益可控范围至少为500倍。(3)实时采样速率<=1Msa/div,等效采样速率>=200Msa/s。要求系统同时具有实时采样方式与等效采样方式。而且,要做到等效采样速率>=200Msa/s,要求系统可控制的采样间隙至少为5ns。选择等效采样方式时要注意该要求。(1)等效采样方案方案一:等间距采样。先对被采信号进行测频,得到该信号的精确频率,然后由系统产生与该信号频率有一定差值的采样时钟对被测信号进行采样,每个周期仅采样一个点,由于差值每次的累加,采到的点将是波形信号的各相位点。该方案的优点是原理简单,容易实现,但仅限于采样频率较低的等效采样。这是因为要用该方法做等效采样,随着采样频率的升提高,要求两频率差不断减少。根据题目的要求,要实现等效采样率高于200MHz,被测信号频率为freq则1/(freq-freq)-1/freq=1/200MHz,由上述公式可知,freq值的确定与被测信号频率的确定有直接关系,故当等效采样率很高时,会由于频率测量的精度不足导致采样率难以确定。方案二:等差距采样。以信号的某相位点为触发,用一足够快的脉冲作为计数脉冲(该脉冲可由低频脉冲经过锁相环倍频得到),每次FPGA内部控制器被触发后,计数器清零,同时开始对高频脉冲进行计数,每次计到一定的脉冲数,开始采样。而每一次计到的脉冲数为一等差数列,从而采到波形数据中的各相位点。由于每次采样都由被测信号触发,故该方案有采样点的的位置严格可控的优点。该方案的难点是要求对软件控制时序严格控制,代码的编写有一定的难度。此外,由于计数脉冲的频率相当的高,在对外围采样保持电路控制时容易计数的错误导致误动作,以致采到坏点。经过考虑,我们认为方案一虽然实现简单,但难以满足题目的要求,误差较大,故我们决定选用方案二。(2)采样保持方案方案一:软件数字数据采样保持。该方案的实现是让模数转换器件以较高的采样频率采样,把模数转换器的数据口连到FPGA内部的锁存器中,当需要采样保持时就控制锁存器把当时的数据保持,从而实现采样保持。该方案的优点是不需增加外围硬件电路,而且软件实现也较简单。该方案的缺点是,对模数转换器件