1GSa/s手持式示波表数字系统硬件设计

论文摘要

数字存储示波器作为通用时域测试仪器,被广泛地应用于各个领域。手持式示波表不但秉承了数字存储示波器的所有测量功能和技术性能,还具有数字万用表测量功能。它体积小、重量轻、功耗低且内置电池,特别适合于野外、机动等应用场合。本文结合1GSa/s手持式示波表项目的开发,围绕其数字系统硬件的设计与实现展开研究,重点讨论了示波表的数据采集系统电路,随机采样实现以及液晶显示控制的设计。具体内容包括:1、数据采集系统的设计。数据采集系统是示波表的核心部分,本系统是基于ARM+FPGA结构,采用实时和随机两种取样技术,实现1GSa/s实时采样,25GSa/s最高等效采样率,200MHz带宽的示波表。本文讨论了脉宽触发电路和视频触发电路的实现;采用VHDL在FPGA中实现了峰值检测的一种方法,提高了示波表的毛刺捕捉能力;将随机采样理论在实际中实现并针对具体问题作了改进。2、液晶显示模块的设计。实现了伪彩液晶屏的驱动,并设计了一种方便的LCD数据组合方案,非常适合在需要高刷新率的情况下使用。3、MAX134的操作。通过对MAX134的应用在示波表内集成了数字万用表功能模块,能够实现对交直流电压、电流、电阻和二极管的测量,扩展了示波表的多用途功能,方便用户现场使用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 数字存储示波器概述
• 1.2 国内外数字存储示波表发展概况
• 1.3 项目的性能指标要求
• 1.4 本课题任务
• 第二章 数字系统总体设计
• 2.1 总体设计
• 2.2 设计方案
• 2.2.1 数据采集与存储
• 2.2.2 时钟电路
• 2.2.3 显示驱动电路
• 2.2.4 系统控制电路
• 第三章 数据采集数字电路设计
• 3.1 ADC 设计
• 3.1.1 ADC 控制
• 3.1.2 ADC 数据接收电路
• 3.2 触发
• 3.2.1 触发电路
• 3.2.1.1 触发源
• 3.2.1.2 触发耦合
• 3.2.1.3 触发类型
• 3.2.1.4 触发释抑
• 3.2.2 触发模式
• 3.2.3 预触发
• 3.3 采样
• 3.3.1 实时采样
• 3.3.2 随机采样
• 3.3.2.1 展宽脉冲生成
• 3.3.2.2 时间展宽电路
• 3.3.2.3 展宽计数电路
• 3.3.2.4 信号波形存储与重现
• 3.3.3 峰值检测
• 3.3.4 扫描模式
• 3.4 存储控制
• 3.5 时基与模拟通道控制电路
• 3.5.1 时基电路
• 3.5.2 通道控制电路
• 3.6 硬件测频电路
• 第四章 LCD 驱动电路
• 4.1 显示时序电路
• 4.2 显示数据组合电路
• 4.2.1 显示数据组合设计
• 4.2.2 显示数据读写控制
• 第五章 系统控制电路
• 5.1 LPC2292 主要结构特性
• 5.2 配置连接设置
• 5.3 译码电路
• 5.4 键盘扫描
• 5.5 串口通信
• 5.6 万用表芯片控制
• 第六章 高速PCB 设计
• 6.1 接地设计
• 6.2 电源设计
• 6.3 传输线设计
• 6.3.1 信号完整性
• 6.3.2 布线密度与走线层数
• 6.3.3 叠层设计
• 第七章 测试与调试
• 7.1 调试
• 7.1.1 电源调试
• 7.1.2 FPGA 调试
• 7.1.3 ARM 调试
• 7.1.4 LCD 时序调试
• 7.2 调试中问题
• 7.3 效果测试
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录