带有谱分析功能的便携式数字存储示波器研发

论文摘要

应对国家对创新人才的需要,各高校都在积极推动课内课外、校内校外并举的全方位实践教学模式,学生用于开展课外创新实践活动的时间比例与过去相比有大幅度提升。但是仪器设备条件常常制约课外实践活动更为广泛的、有效的开展。论文选择针对电子电气类专业学生课外实践活动特点,研发一款带有频谱分析功能的便携式数字存储示波器,有效满足电类专业学生从事课外实践的需要。论文分析了电类专业学生从事课外实践的需求,对国内、外便携设备进行了广泛的调研,结合大学生课外实践的实际需求,将研发目标定位在波形显示,频谱分析和低成本上,填补了便携波形显示设备在课外实践应用领域的空白。论文研究了便携示波器的信号处理系统构架,采用SOPC技术路线,构建FPGA+Nios II软核技术的系统设计方案,实现系统的高度集成,设计方案兼顾了功耗、体积和成本。系统选择Altera的Cyclone系列FPGA（EP1C6G240）为硬件系统核心器件,实现系统数字信号处理功能。论文对FPGA结合ADC,实现时基电路控制下的数据采集与存储;以及利用Nios处理器与Avlon总线技术,实现TFT液晶屏显示控制等关键技术作了详细的论述。论文对系统前端信号处理电路进行了研究,重点介绍了利用继电器结构,解决交直流切换和对被测信号幅度进行衰减的问题。论文详细介绍了在Nios II IDE集成开发环境下,采用SPI模式开发SD卡读写功能;以及通过蝶形运算和汉宁窗处理,实现频谱分析功能的流程。论文完成了系统硬件电路的设计与实现和软件功能的开发,制作出了样机。经过对样机硬件电路的调试与检测,测试结果达到预期指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 便携式数字示波器产品现状
• 1.3 课题来源与主要研究内容
• 1.4 论文整体安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 带有谱分析功能的数字存储示波器总体设计
• 2.1 数字存储示波器原理及关键技术
• 2.1.1 数字存储示波器原理简介
• 2.1.2 数字存储示波器关键技术
• 2.2 设计目标及关键技术指标
• 2.3 系统设计方案选择
• 2.3.1 几个系统设计方案的比较
• 2.3.2 系统设计方案的选择
• 2.4 系统结构设计
• 2.4.1 系统结构及功能简介
• 2.4.2 系统结构特点
• 2.5 系统开发平台及关键技术简介
• 2.5.1 开发平台技术简介
• 2.5.2 Nios II 软核技术介绍
• 2.6 本章小结
• 第三章 硬件设计及关键器件选择
• 3.1 FPGA 模块
• 3.1.1 FPGA 器件选择
• 3.1.2 FPGA 器件设计
• 3.2 数据采集与存储模块
• 3.2.1 模数转换器件选择
• 3.2.2 存储器件选择
• 3.2.3 数字采集与存储模块设计
• 3.3 显示模块
• 3.3.1 显示模块器件选择
• 3.3.2 显示模块设计
• 3.4 触摸屏模块
• 3.4.1 触摸屏原理简介
• 3.4.2 触摸屏设计
• 3.5 信号前端处理模块
• 3.5.1 交/直流切换和衰减部分
• 3.5.2 程控放大部分
• 3.5.3 电平抬升偏置电路
• 3.6 其他功能模块设计
• 3.6.1 时基电路设计
• 3.6.2 触发系统设计
• 3.6.3 人机接口设计
• 3.6.4 外部存储器件设计
• 3.6.5 电源电路设计
• 3.7 本章小结
• 第四章 软件设计
• 4.1 系统软件设计流程
• 4.2 人机界面的设计
• 4.3 SD 卡读写设置
• 4.4 频谱分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统测试
• 5.1 测试方案
• 5.1.1 测试环境的介绍
• 5.1.2 测试仪器
• 5.2 测试内容
• 5.3 测试结论
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附表