- 相關(guān)推薦
簡(jiǎn)易數字存儲示波器研究
1 引言
數字存儲示波器是20世紀70年代初發(fā)展起來(lái)的一種新型示波器。這種類(lèi)型的示波器可以方便地實(shí)現對模擬信號波形進(jìn)行長(cháng)期存儲并能利用機內微處理器系統對存儲的信號做進(jìn)一步的處理，例如對被測波形的頻率、幅值、前后沿時(shí)間、平均值等參數的自動(dòng)測量以及多種復雜的處理。數字存儲示波器的出現使傳統示波器的功能發(fā)生了重大變革。
2 數字存儲示波器基本工作原理
數字存儲示波器在信號進(jìn)入示波器后立刻通過(guò)高速A/D轉換器將模擬信號快速采樣、存儲。通過(guò)單片機對信號進(jìn)行處理，得到信號的波形參數，存儲并通過(guò)D/A轉換器后可由示波器顯示，從而實(shí)現模擬示波器的功能。但相對于模擬示波器，數字示波器測量精度高，還可對信號進(jìn)行存儲。本系統的原理方框圖如圖1所示：
3 系統功能模塊與硬件電路
基于數字示波器的基本原理，可以把整個(gè)系統分為頻率測量、采樣保持、觸發(fā)方式選擇、位置調節、顯示控制幾個(gè)主要的模塊。模擬信號通過(guò)信號調理模塊(阻抗變換、程控放大、觸發(fā)電路)，將模擬信號的幅值大小調整到高速AD(AD9225)的輸入范圍0V－4V。然后通過(guò)AD9225對信號進(jìn)性采樣。我們采用外部有源晶振作為高速AD的采樣時(shí)鐘來(lái)控制恒定的采樣率4MHz(晶振的固有振蕩頻率)，在FPGA內部增加波形存儲控制模塊，當滿(mǎn)足觸發(fā)條件時(shí)FP－GA以下抽樣的方式對AD轉換得到的數據進(jìn)行存儲，抽樣頻率由可水平分辯率來(lái)控制(若為AUTO功能，則與信號的頻率有關(guān))。將抽樣的數據分別存儲到雙口RAM中，在送人行列掃描電路(2片DAC0800)前經(jīng)過(guò)了波形顯示控制模塊，它的作用是對RAM的數據及讀入起始地址的進(jìn)行處理。從而實(shí)現波形在模擬示波器上的左右平移。同時(shí)在FPGA內部實(shí)現了512點(diǎn)的FFT計算，成功得分析了輸入信號的頻譜。系統的連接框圖如圖2所示：
3.1 頻率測量部分
此系統對低頻信號采用測周法，對中高頻信號采用等精度測頻法。測周法，即以待測信號的周期為門(mén)限時(shí)間T，用計數器記錄在此門(mén)限時(shí)間T內的高頻標準時(shí)鐘脈沖數，從而確定待測信號的頻率。當選定高頻時(shí)鐘脈沖而被測信號頻率較低時(shí)可以獲得很高的精度，而被測信號頻率過(guò)高時(shí)由于測量時(shí)間不夠會(huì )有精度不夠的問(wèn)題，適用于低頻信號的測量。等精度測頻法，這種方法和測周期法很相似，不同的是測周期法測量時(shí)間T為被測信號的一個(gè)周期，而等精度測量法的測量時(shí)間T是由人為設定和被測信號共同決定的。即在人為設定的時(shí)間內，閘門(mén)的開(kāi)啟和閉合由被測信號的上升沿來(lái)控制，計數器真正開(kāi)始計數的時(shí)刻不是預置閘門(mén)的開(kāi)始時(shí)刻，而是預置閘門(mén)打開(kāi)后被測信號的第一個(gè)上升沿到來(lái)的時(shí)刻；同樣閘門(mén)的關(guān)不時(shí)刻不是預置閘門(mén)的結束時(shí)刻，而是預置閘門(mén)關(guān)閉后被測信號的第一個(gè)上升沿到來(lái)的時(shí)刻，這種計數方法叫做相關(guān)計數法。最后根據計數結果、標準時(shí)鐘頻率和被測信號上升沿個(gè)數就可以精確得到被測信號的頻率。
3.2 采樣部分
采用等差距采樣實(shí)現信號采集。以信號的某相位點(diǎn)為觸發(fā)，用一足夠快的脈沖作為計數脈沖(該脈沖可由低頻脈沖經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)倍頻得到)，每次FPGA內部控制器被觸發(fā)后，計數器清零，同時(shí)開(kāi)始對高頻脈沖進(jìn)行計數，每次計到一定的脈沖數，開(kāi)始采樣。而每一次計到的脈沖數為一等差數列，從而采到波形數據中的各相位點(diǎn)。由于每次采樣都由被測信號觸發(fā)，該方案采樣點(diǎn)的位置嚴格可控，難點(diǎn)在于要求對軟件控制時(shí)序嚴格控制。
4 系統指標測試
給儀器一個(gè)有效值為2V，不同頻率的正弦波信號，測得系統的水平分辨率如表1。給儀器一個(gè)頻率為10K的正弦波信號，測量系統垂直分辨率如表2。由測量數據可知頻率精度完全達到要求。
5 結語(yǔ)
采用上述方法設計的數字存儲示波器，以51單片機為核心，充分發(fā)揮了FPGA的高速和穩定性。通過(guò)軟硬件的結合實(shí)現了數字存儲示波器的設計，系統功能完善，穩定性高，方便控制，滿(mǎn)足了工程需要。
【簡(jiǎn)易數字存儲示波器研究】相關(guān)文章：
由uClinux與MC68VZ328構成數字存儲示波器03-18
一種簡(jiǎn)易數字波形存儲器的實(shí)現03-20
虛擬示波器的研究與設計03-07
高校數字圖書(shū)館網(wǎng)絡(luò )存儲之思考03-21
幾種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)的比較研究02-27
HDTV制作中廣泛應用的數字媒體領(lǐng)域存儲技術(shù)03-18
英漢數字習語(yǔ)的對比研究03-11
閃存存儲器的浮柵耦合電位研究03-07