便携式可程控数字示波器的设计

论文摘要

随着计算机技术、集成电路技术和通讯技术的飞速发展,电子测量仪器技术发生了巨大的变化,示波器作为电子测量中的常用检测工具也在快速的发展着。其中,数字存储示波器作为现场测试技术的重要工具而被广泛使用于各个测试领域。但由于台式数字示波器体积过于庞大,不方便携带进行现场测试和野外作业,已经不能满足人们的工作需要,因此便携式数字示波器有了一定的发展空间。目前,国外的便携式数字示波器在市场上占据统治地位,国内的研究起步比较晚,且市场上多为低端产品。在此背景下,研究室着力研发便携式数字示波器项目。本文设计采用ARM+FPGA架构,采用实时采样技术,实现250M最高采样率,50MHz带宽的便携式数字存储示波器。ARM+FPGA系统具有控制能力突出、结构灵活、外围电路简单、适用于模块化设计等特点。SAMSUNG公司ARM7TDMI内核的S3C44B0X作为系统的核心,控制整个系统的正常工作和数据处理。ALTERA公司CYCLONEⅢ系列的EP3C16Q240C8作为系统的外围控制器,主要用于数据的接收缓存,以及采样时钟的控制。数字示波器采用彩色液晶屏显示,界面友好,人机交互方便。经测试表明,该数字示波器实现了实时数据采集、波形显示等基本处理功能,经过对各个模块的详细分析、设计及调试,基本达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 数字示波器的概述
• 1.2 数字示波器发展现状
• 1.3 便携式数字示波器的研究意义
• 1.4 课题的主要工作
• 1.5 论文的主要结构及内容
• 2 数字示波器的原理及相关技术
• 2.1 数字示波器基本原理
• 2.2 数字示波器设计主要技术指标分析
• 2.3 取样技术
• 2.3.1 实时取样
• 2.3.2 等效时间取样
• 2.4 波形显示技术
• 2.4.1 点显示技术
• 2.4.2 插值技术
• 2.5 触发原理
• 3 系统硬件设计
• 3.1 硬件总体设计
• 3.2 模拟通道
• 3.2.1 交直流耦合电路
• 3.2.2 无源衰减网络
• 3.2.3 阻抗变换网络
• 3.2.4 放大电路
• 3.2.5 ADC 驱动电路
• 3.3 A/D 转换模块
• 3.3.1 AD9481 介绍
• 3.3.2 AD9481 的时钟设计
• 3.3.3 AD9481 转换电路设计
• 3.4 FPGA 的设计
• 3.4.1 FPGA 简介
• 3.4.2 FPGA 控制电路的实现
• 3.4.3 FPGA 内各功能模块的设计
• 3.5 ARM 控制器系统设计
• 3.5.1 处理器S3C44B0X 简介
• 3.5.2 晶振和复位电路设计
• 3.5.3 Flash 接口电路设计
• 3.5.4 SDRAM 接口电路设计
• 3.6 外围电路设计
• 3.6.1 键盘接口电路设计
• 3.6.2 GPIB 接口
• 3.6.3 液晶显示电路设计
• 3.6.4 JTAG 调试接口设计
• 3.6.5 电源模块设计
• 4 系统软件设计
• 4.1 基于S3C44BOX 的程序开发
• 4.1.1 S3C44BOX 开发环境介绍
• 4.1.2 ARM 主程序设计
• 4.1.3 Flash 操作软件程序
• 4.1.4 初始化子程序设计
• 4.1.5 对FPGA 操作的子程序设计
• 4.1.6 LCD 显示子程序
• 4.1.7 键盘子程序的设计
• 4.2 基于FPGA 的程序设计
• 4.2.1 FPGA 开发环境
• 4.2.2 FPGA 单元模块的实现
• 4.3 基于LabWindows/CVI 的虚拟仪器的设计
• 4.3.1 虚拟仪器界面
• 4.3.2 应用程序设计
• 5 系统测试及结果
• 5.1 调试过程
• 5.1.1 硬件调试
• 5.1.2 软件调试
• 5.2 系统测试
• 5.3 实物及测量结果显示
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 致谢