亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于FPGA數(shù)字可存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2011-08-20 14:32:10趙新穎
        關(guān)鍵詞:示波器原理圖靈敏度

        趙新穎 羅 坤

        (鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州 450052)

        數(shù)字示波器具有體積小、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越多的受到使用者的青睞,是目前示波器的一個(gè)發(fā)展方向。FPGA技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展,為數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支持。通過(guò)自行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)數(shù)字可存儲(chǔ)示波器,不僅可以滿足教學(xué)需求,而且還可以節(jié)約成本。因此設(shè)計(jì)了基于FPGA技術(shù)的數(shù)字可存儲(chǔ)示波器。

        1 設(shè)計(jì)要求及方案設(shè)計(jì)

        對(duì)數(shù)字可存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)要求有:以實(shí)時(shí)采樣速率為1MHz的ADC實(shí)現(xiàn)最大200MHz的等效采樣;10Hz~10MHz的信號(hào)帶寬;10mV~8V的幅度動(dòng)態(tài)范圍。

        根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求,設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字可存儲(chǔ)示波器,系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用ARM單片機(jī)和FPGA作為數(shù)據(jù)處理和控制核心,將設(shè)計(jì)任務(wù)劃分為前級(jí)通道信號(hào)調(diào)理、觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生、保持與采樣、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)、波形顯示、控制面板等功能模塊。

        圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

        其中FPGA模塊完成頻率計(jì)算、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳送數(shù)據(jù)功能。

        2 技術(shù)指標(biāo)計(jì)算

        2.1 數(shù)據(jù)采集

        數(shù)據(jù)采集采用的是等效采樣實(shí)行方式,它一般有順序等效采樣和隨機(jī)等效采樣兩種。其中順序采樣要求能夠精確地測(cè)出輸入信號(hào)的頻率,而在現(xiàn)今的數(shù)字示波器中,大多數(shù)采用的是隨機(jī)等效采樣技術(shù)。本系統(tǒng)采用順序等效采樣來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。順序等效時(shí)間采樣的基本原理是,每一個(gè)周期只采樣一個(gè)點(diǎn)或多個(gè)點(diǎn),每次觸發(fā)后等待△t個(gè)時(shí)間差,然后啟動(dòng)AD采集數(shù)據(jù)。將采集到的這些點(diǎn)組合起來(lái)就描繪了一個(gè)完整的波形。所以這就要求每次的觸發(fā)點(diǎn)必須穩(wěn)定。等待△t個(gè)時(shí)間單位后,F(xiàn)PGA必須以足夠的速度啟動(dòng)AD采集數(shù)據(jù),所以這就要求FPGA時(shí)鐘必須在200M以上。

        2.2 垂直靈敏度

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求,垂直分辨率為8bits,顯示屏的垂直刻度為8div,因此使用8位A/D便可滿足要求,即垂直方向共256點(diǎn),顯示分辨率為32點(diǎn)/div。其中ADC的參考電壓為5V,則示波器幅度軸上的8div對(duì)應(yīng)著峰-峰值為5V的信號(hào),即0.625V/div,由此可以計(jì)算出每一檔的垂直靈敏度所對(duì)應(yīng)的信號(hào)放大倍數(shù),如表1所示。

        表1 垂直靈敏度與信號(hào)放大倍數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

        根據(jù)不同的檔位選擇,即通過(guò)單片機(jī)內(nèi)置的D/A輸出不同的直流電壓,來(lái)控制AD603的放大倍數(shù),以完成信號(hào)的放大需求。

        2.3 掃描速度

        設(shè)計(jì)要求水平顯示分辨率至少為20點(diǎn)/div,則存儲(chǔ)深度M應(yīng)至少為200點(diǎn)。在固定的存儲(chǔ)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。系統(tǒng)設(shè)定的掃描速度從100ns/div~200ms/div,總共20檔,則可以計(jì)算出每一檔的掃描速度所對(duì)應(yīng)的采樣速率如表2所示。

        表2 掃描速度與采樣率的對(duì)應(yīng)關(guān)系

        題目要求A/D轉(zhuǎn)換器的最高采樣速率限定為1MHz,由表2可知,掃描速度高于20μs/div的檔位都應(yīng)該使用等效采樣。

        3 硬件電路設(shè)計(jì)

        3.1 輸入通道調(diào)理電路

        系統(tǒng)采用兩片AD603級(jí)聯(lián)以完成信號(hào)的調(diào)理。AD603在90MHz的帶寬下增益范圍為-11dB~+31dB,兩級(jí)級(jí)聯(lián)后增益可達(dá)-20dB~+60dB,完全可以滿足對(duì)小信號(hào)的放大功能。但是,AD603的輸入阻抗只有100Ω,所以在前面用AD8058搭接了一個(gè)電壓跟隨器,提高其輸入阻抗,以滿足儀器輸入阻抗為1MΩ的設(shè)計(jì)要求。而且AD603對(duì)小信號(hào)的放大和衰減基本呈線性。

        3.2 數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)電路

        設(shè)計(jì)要求A/D轉(zhuǎn)換器的最高采樣速率限定為1MHz,而且垂直分辨率為8bit,我們選用的是TLC公司的8位并行輸出A/D轉(zhuǎn)換器芯片TLC5510,其最高采樣頻率為1MHz,參考電壓為5V,采用單電源供電,輸入信號(hào)電壓范圍為0.5~2.5。A/D轉(zhuǎn)換器原理圖如圖2所示。

        圖2 A/D轉(zhuǎn)換器原理圖

        3.3 觸發(fā)電路

        觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生與信號(hào)相關(guān)的脈沖信號(hào),讓采樣電路與輸入信號(hào)同步,以穩(wěn)定顯示的波形。設(shè)計(jì)要求為內(nèi)觸發(fā)方式,為上升沿觸發(fā)且觸發(fā)電平可調(diào)。此電路的核心是比較電路。比較器采用高速比較器AD8564,該芯片具有7ns的傳播延時(shí)和3ns的上升、下降建立時(shí)間,將其接成反相遲滯比較器形式,可以處理1Hz到20MHz的信號(hào),而且無(wú)明顯抖動(dòng),通過(guò)改變參考電平值可以達(dá)到改變觸發(fā)電平的目的。由于將電路接成反相比較器形式,所以觸發(fā)信號(hào)在FPGA內(nèi)部還應(yīng)通過(guò)一個(gè)反相器,以實(shí)現(xiàn)上升沿觸發(fā)。觸發(fā)電路如圖3所示。

        圖3 觸發(fā)電路

        3.4 電位提升電路

        本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)電位提升電路的原因是若AD采集數(shù)據(jù)的電壓范圍與輸入信號(hào)的電壓范圍不一致將會(huì)使AD無(wú)法正常采集一個(gè)完整周期的波形,所以在系統(tǒng)中采用了加法電路。本系統(tǒng)中用AD8058搭接了一個(gè)加法器,通過(guò)調(diào)節(jié)加法器直流電平的輸入可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)與直流電平的疊加,最終使AD采集的數(shù)據(jù)在一個(gè)合適的電平基礎(chǔ)之上。電位提升電路圖如圖4所示。

        圖4 電位提升電路圖

        3.5 程控放大電路與DA的設(shè)計(jì)

        要實(shí)現(xiàn)波形在液晶屏幕上放大或縮小就必須引入程控放大,使AD采集的數(shù)據(jù)幅值不同。程控放大采用壓控方式,通過(guò)改變DA輸出模擬量的大小來(lái)改變成空放大器的放大倍數(shù)。

        4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

        該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分有FPGA程序設(shè)計(jì)和STM32程序設(shè)計(jì),以配合硬件完成系統(tǒng)功能。其中FGPA主要是控制采樣保持電路及A/D轉(zhuǎn)換器,存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時(shí)還承擔(dān)了測(cè)頻的任務(wù)。放大電路的控制、波形顯示及操作界面的管理則是由STM32完成的。圖5所示為整個(gè)系統(tǒng)原理圖。

        圖5 系統(tǒng)原理圖

        5 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果及分析

        系統(tǒng)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)制作完成后,用F40型數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器/計(jì)數(shù)器和TDS1012B型100MHz數(shù)字存儲(chǔ)示波器主要對(duì)其掃描速度和垂直靈敏度分別進(jìn)行了測(cè)試,其中掃描速度實(shí)在垂直靈敏度為0.1V/div測(cè)試條件下,用信號(hào)源輸出峰峰值為0.4V,不同頻率的正弦波,用本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量,測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

        表3 測(cè)試數(shù)據(jù)

        對(duì)垂直靈敏度的測(cè)試是在信號(hào)源輸出1KHz,幅度不同的正弦波條件下,用本系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量,測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。

        其中“?”表示信號(hào)噪聲較大,無(wú)法用TDS1012B示波器精確測(cè)量,誤差部分是參考TDS1012B的測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算的。

        表4 垂直靈敏度測(cè)試數(shù)據(jù)

        此系統(tǒng)的其他功能,如:波形存儲(chǔ)功能及回放、連續(xù)觸發(fā)、觸發(fā)沿選擇、方波校準(zhǔn)信等經(jīng)測(cè)試證明均能正常工作。

        測(cè)試結(jié)果中低頻信號(hào)的幅度誤差較大,經(jīng)分析得知是由于電路各級(jí)間采用了交流耦合,從而導(dǎo)致了低頻信號(hào)的衰減。

        6 結(jié)論

        本系統(tǒng)完成了設(shè)計(jì)的基本要求。采用順序等效采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了200MHz的等效采樣,使用AD603的電路設(shè)計(jì)方案不僅使電壓放大及測(cè)量非常準(zhǔn)確,而且也提高了示波器的垂直靈敏度。但是,系統(tǒng)也存在許多不足之處,尤其體現(xiàn)在系統(tǒng)未能采用等效采樣技術(shù)很好的測(cè)量出頻率高于4MHz的信號(hào)。而且諸多功能,如:自動(dòng)測(cè)量、多種觸發(fā)方式、FFT尚需后期增加補(bǔ)充完成。

        [1]張義和.例說(shuō)8051單片機(jī)[M].北京:人民郵電出版社,2008.

        [2]馬忠梅.單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京:人民航空航天出版社,2003.

        [2]夏宇聞.Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程[M].北京:人民航空航天出版社,2008.

        [4]孫建設(shè).模擬電子技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

        [5]周興華.手把手教你學(xué)單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)[M].北京:人民航空航天出版社,2007.

        猜你喜歡
        示波器原理圖靈敏度
        淺談STM32核心板原理圖設(shè)計(jì)
        電路原理圖自動(dòng)布圖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        基于Protel DXP 2004層次原理圖的設(shè)計(jì)
        導(dǎo)磁環(huán)對(duì)LVDT線性度和靈敏度的影響
        一款教學(xué)示波器的Y通道設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
        電子制作(2017年13期)2017-12-15 09:00:08
        地下水非穩(wěn)定流的靈敏度分析
        可攜帶式虛擬雙蹤示波器
        電子制作(2017年20期)2017-04-26 06:57:46
        穿甲爆破彈引信對(duì)薄弱目標(biāo)的靈敏度分析
        無(wú)后備靈敏度的220kV變壓器后備保護(hù)整定
        高速光學(xué)示波器
        物理(2009年1期)2009-03-24 04:31:40
        久久久久国产一级毛片高清版A | 亚洲成av人片在线观看ww| 自拍偷自拍亚洲精品播放| 亚洲第一区无码专区| 亚洲国产91高清在线| 天天爽夜夜爽夜夜爽精品视频| 在线亚洲欧美日韩精品专区| 日本免费一区二区三区在线看| 久久精品国产福利亚洲av| 少妇人妻综合久久中文字幕| 久久精品免视看国产成人| 国产在线无码免费视频2021| 国产成人av一区二区三| 人人妻人人澡人人爽人人dvd| 日出水了特别黄的视频| 久久婷婷色香五月综合激情| 天堂麻豆精品在线观看| 久久99精品久久久久久噜噜| 四房播播在线电影| 精品日韩欧美一区二区三区在线播放| 极品夫妻一区二区三区 | 乌克兰粉嫩xxx极品hd| 超碰日韩AV在线| 按摩偷拍一区二区三区| 成年免费a级毛片免费看无码| 无码中文字幕人妻在线一区二区三区| 91日本在线精品高清观看| 一本色道久久亚洲av红楼| 成人av鲁丝片一区二区免费| 午夜一级韩国欧美日本国产| 在线视频日韩精品三区| 中文字幕无码乱人伦| 午夜一区欧美二区高清三区| 伊人狠狠色j香婷婷综合| 国产美腿丝袜一区二区| 国产精品人妻一码二码| 中文字幕AⅤ人妻一区二区| 在线亚洲精品免费视频| 加勒比hezyo黑人专区| 国产精品亚洲一区二区无码 | 伊人一道本|