基于单片机和CPLD便携式数字示波器硬件平台研究实现

论文摘要

示波器是利用电子示波管的特性,将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像,显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。但传统示波器高昂的价格却限制了它的普及,特别是在个人用户如从事电子设计的开发人员以及学生中的普及。因此如何设计一款低成本的实用的示波器将是本文要探讨的内容。本文提出了一套完整的虚拟数字示波器硬件设计方案,并最终完成了低成本虚拟数字示波器的设计,制作出虚拟数字示波器工程样机一台。本数字示波器的带宽为1MHz,采样速度最高20Msa/s,精度8位,能测量0-20Vpp的信号,档位在上位机软件控制下无接触自动切换。信号采集及存储电路由MSP430F247、EMP240 （CPLD）、TLC5510、IS61LV256等组成,在FIFO逻辑电路控制下自动完成触发电平捕获、数据高速存储、采样停止等。在MSP430F247控制下,系统完成协议解析、数据的读取、预处理,并最终将数据发送到上位机显示。与此同时采样的开始与停止,采样的速率和触发门限等均由主控制器MSP430F247控制。系统具有三种采样方式,能完成毛刺捕获。测试证明,本设计能满足一般的测量应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景及意义
• 1.3 示波器概述
• 1.4 数字示波器与模拟示波器比较
• 1.5 系统总体结构与主要研究内容
• 1.5.1 总体结构及概述
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 主要成果
• 第二章 信号调理电路研究与设计
• 2.1 器件性能测试
• 2.1.1 运放性能测试
• 2.1.2 继电器性能测试
• 2.2 耦合电路设计
• 2.3 放大与衰减电路设计
• 2.4 耦合与增益控制
• 2.5 电平抬升
• 2.6 频率特性的相关法辨识
• 第三章 数据采集模块研究与设计实现
• 3.1 高速ADC TLC5510
• 3.1.1 引脚功能描述
• 3.1.2 功能说明
• 3.1.3 内部基准
• 3.2 EPM240
• 3.3 SRAM IS61LV256
• 3.4 数据采集与控制
• 3.4.1 采样时钟控制
• 3.4.2 高速FIFO的实现
• 第四章 主控制器的研究与设计
• 4.1 主控制器概述
• 4.2 电压档位控制
• 4.3 时基档位控制
• 4.4 触发数据传输控制
• 4.5 与PC机的通信
• 第五章 系统EMC研究与解决方案
• 5.1 接地
• 5.2 屏蔽
• 第六章 系统测试
• 6.1 部分通道幅频特性测试
• 6.2 系统整体测试
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A NE5532幅频特性测试数据
• 附录B 部分通道幅频特性测试
• 附录C 整体测试