基于单片机及CPLD的数字存储示波器的研究与设计

论文摘要

示波器的发展在今天已经相当成熟,作为教师和工程师的好帮手,示波器被广泛地应用于电子测量教学及科研领域。基于单片机和CPLD的数字存储示波器技术,是一种低成本的数字示波器技术,并且具有操作简单,集成度高,灵活易用等优点,特别适合高校及科研院所的教学及工程测量应用。在传统示波器已经非常普及的今天,它的低成本也非常符合对传统示波器进行数字化改造的需求。基于此,我将通过学习和研究数字示波器的原理及构造,完成一台基于单片机及CPLD技术的数字示波器的软硬件部分的设计和实现,提供了一种低成本的对传统示波器进行数字化改造的方案。本文介绍了数字存储示波器的基本概念及原理,描述了设计和实现一台低成本的基于单片机及CPLD技术的数字存储示波器(DSO)的硬件和软件部分的过程。此DSO具有双通道模拟信号输入及存储功能,相对较高的采样速率,较大的观测带宽,存储深度为2Kbits,记录时间可达8毫秒,模数转换分辨率为8位。其硬件部分主要由AD转换器、逻辑缓冲区、存储器和控制逻辑组成。控制逻辑是在复杂可编程逻辑器件(CPLD)上设计实现的。采用CPLD进行设计使硬件系统更具灵活性和可改进性。此DSO系统中具有高级的触发模式(例如预触发)以及可选择的采样速率,使系统多样化、易用,且具有较好的实用性。其单片机软件部分在keil uVision的集成开发环境中用C语言写成的,CPLD软件部分在QuartusⅡ开发环境中用VHDL语言写成。它们相互结合起来,设计了对采集的数据信号的读取和显示,用户并可以通过键盘来实现对DSO的控制,整体系统能够满足高校基础实验室的基本要求,为对传统示波器进行数字化改造提供了一种良好的低成本解决方案。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.1.1 数字存储示波器基本原理
• 1.1.2 CPLD技术概述
• 1.1.3 采样方式
• 1.1.4 论文的选题和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 2 系统的总体设计任务和方案分析
• 2.1 系统功能的定义和描述
• 2.2 主要功能和技术指标分析
• 2.2.1 输入模拟信号的处理
• 2.2.2 数字信号的存储
• 2.2.3 信号的还原
• 2.2.4 系统的控制
• 2.3 设计方案的论证和选择
• 2.3.1 ADC芯片的选取
• 2.3.2 存储芯片的选取
• 2.3.3 DAC的选取
• 2.3.4 垂直灵敏度和前端放大倍数的实现
• 2.3.S CPLD芯片的选取
• 2.3.6 辅助设计平台软件的选取
• 3 系统硬件电路设计
• 3.1 前向通道电路设计
• 3.1.1 阻抗变换电路设计
• 3.1.2 输入调理模块设计
• 3.1.3 电平移位电路设计
• 3.1.4 触发电路设计
• 3.2 数据采集与存储电路设计
• 3.2.1 数据采集电路设计
• 3.2.2 数据存储电路设计
• 3.2.3 逻辑控制器电路设计
• 3.2.4 单片机接口电路设计
• 3.3 后向通道设计
• 3.4 人机交互界面设计
• 3.4.1 输入键盘设计
• 3.4.2 指示显示模块设计
• 3.5 PCB电路板设计
• 4 系统功能的软件设计与仿真
• 5 系统测试
• 5.1 测试方案
• 5.2 测试方法及过程
• 5.3 扩展测量所需测试仪器
• 5.4 测试结果显示
• 6 工作总结和未来展望
• 6.1 已完成的工作
• 6.2 进一步的设想和展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集