哈工大智能仪器课程设计_简易数字示波器设计.pptx

智能仪器课程设计 ——简易数字示波器设计概述基于模拟示波器的数字存储示波器（Digital Storage Oscilloscope，DSO）被测模拟信号经AD采集后存入RAM，再经DA转换后送入模拟示波器概述数字存储示波器相对模拟示波器的优点……智能化：开机初始化、自动选择最优配置丰富的触发类型（连续扫描与触发扫描）丰富、先进的数据处理与波形显示功能……设计要求与技术指标连续触发与单次触发双踪示波垂直、水平分辨率带宽要求量程自动调节设计要求与技术指标（一）连续触发与单次触发连续触发：普通的触发扫描工作模式，满足触发条件时连续存储显示单次触发：满足触发条件时进行一次存储与显示通过对CPLD编写逻辑实现设计要求与技术指标（二）??S1S2ADRAMDA??双踪示波双踪示波实现示意图模拟开关S1控制两路输入信号的高速切换，对两通道信号轮流实时采样，并将两路波形数据分别存储在示波器的奇、偶地址位并分别送CH1、CH2显示通道输出，输出由高速模拟开关S2控制每个通道实际看到的都是断续波形设计要求与技术指标（三）?垂直分辨率：32级/div与ADC位数相关示波器显示屏一般为10 div *8 div。DSO垂直方向总的“级数”=32级/div*8 div=256级n位AD的不同状态数=DSO垂直偏转的“级数”=AD的不同状态数，可得 n=8设计要求与技术指标（四）?带宽：50kHz这里的带宽应指的是示波器的3dB带宽。即输入信号频率在50kHz以下时，示波器对其幅度的衰减比例小于0.707AD应能对50kHZ信号进行不失真采样。根据采样定理，。为留足余量，使设计要求与技术指标（五）水平分辨率：20点/divDSO水平方向每格扫描20个点设计要求与技术指标（六）量程自动调节 实现方法：软硬结合设计要求与技术指标（六）总体方案论证多处理器方案多处理器方案三个位处理器+两个模拟通道采集处理器：将来自双通道AD数据按触发时间修正后存入波形存储器波形翻译器：从波形存储器中取出按时间采集的数据，并写入显示器主处理器：协调控制各模块的功能特点：多处理器各负其责、协同工作，示波器性能较高；专用示波器设计方案方案二 以单片机和可编程逻辑器件为核心，设计任务分解为信号调理、触发信号产生、采集存储、数据融合处理等各模块方案三键盘显示AT89S52单片机前级信号调理电路CPLD行扫描电路X模 拟 示 波Y器输入数据采集电路存储器列扫描电路方案三按各电路功能分类设计规范、合理容易实现综合考虑设计需求与实现难度，决定采用方案三单元电路设计（一）前级信号调理电路放大、衰减反向比例电路通道选择模拟开关电平转换单元电路设计（一） ——前级信号调理电路输入 两路待测模拟信号 输出 调理后送至AD转换器的数字信号选择双踪示波或单路示波功能——IC3 74F157（用单片机P1.3口实现切换）信号放大，使输入AD的信号处于AD正确输入范围之内——IC6，CD4051 选择不同的反馈电阻IC7，LM356完成电平转换功能。因前级为反相比例电路，且后级AD的参考电压Vref=2.5V，故Uo=2.5-UiIC1、IC2起隔离作用单元电路设计（二）?数据采集电路ADC选型 X方向每格为固定20点，但扫描速度不同时所要求的AD采样率不同。取较快的扫描速度20us/div，对应的AD采样率为：选择AD7822：8位、最高为10MHz单元电路设计（三） ——存储与数据处理电路存储器RAM选型： 1、存储容量/存储深度H：应大于一次扫描中的点数，即20点/div*10div=200点。存储器容量应大于200KB2、RAM类型选择：使用双端口RAM（Dual Port RAM，DPRAM）作为存储器。DPRAM有两组相互独立的数据、地址、控制线，可同时对RAM内的存储单元进行读写操作而互不影响。使用DPRAM可较好地解决数据的高速存取问题。根据以上分析，选双端口静态存储器IDT7132，存储容量2KB，访问速度高达35ns单元电路设计（三） ——存储与数据处理电路电路图见“存储电路”pdfIDT7132的右侧数据口I/OR7~I/OR0输入来自AD转换后的信号，左侧数据口I/OL7~I/OL0将电压信号输出至列扫描电路的DA转换器。DPRAM的两组地址线AR0~AR8 、AL0~AL7由可编程逻辑器件CPLD控制。输入电路：当sel=0（由P1.2控制），四路二选一MUX将ARa0~ ARa8与DPRAM右侧地址线AR0~AR8相连，CPLD输出有效地址给DPRAM，ADC数据存入DPRAM中；当sel=1，MUX选ARb0~ ARb8，DPRAM右侧地址线高阻，处于数据处理或锁存状态。HADR0~HADR7：累加器，它的输出作为行扫描电路的输入单元电路设计（四）电压叠加阶梯波行扫描电路