简易等效采样数字示波器【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 电子信息科学与技术 简易等效采样数字示波器 一、选题的背景与意义 电子示波器兴起于上个世纪四十年代，由于电子设备的开发需要性能良好的波形观察工具，示波器成为电子产品开发者检测电子线路最有效的工具之一。后随着半导体和电子计算机的问世，尤其是电子系统的性能随着半导体集成度及功能的稳步提高,对示波器性能的要求越来越高，促进了示波器的发展。 在国外，早期主要是模拟示波器的开发，其带宽等性能都比较低。随着半导体和电子计算机的问世，促进电子示波器的带宽达到100MHz。六十年代美国开发出带宽 6GHz的取样示波器、带宽6GHz的多功能插件式示波器，标志着当时科学技术的高水平，为测试数字电路又增添逻辑示波器和数字波形记录器。从此 HYPERLINK /html_p/prod2/24_243.htm 模拟示波器发展缓慢，而 HYPERLINK /html_p/prod2/24_240.htm 数字示波器发展迅猛。由于竞争的激烈性，一些国家甚至退出示波器市场，目前美国在示波器方面的技术处于领先地位。 在国内，近几年厂商在数字示波器市场开发上取得了很好的成绩。但与国外大公司相比，国内企业仍有很大的差距，如产品主要针对中低端市场，无法满足高速测试需要，测试解决方案扩展低。在国内很多厂家、研究机构以及一些高校等都在加快示波器的更新换代。目前市场上出现的示波器不断向中高端产品发展，市场不断推出性能更加强大的多功能示波器以满足更高更准的测试要求。 示波器是显示被测量的电信号的瞬时值轨迹变化情况的仪器，分为模拟示波器和数字示波器。使用者通过使用示波器观察和测量线路电压电流波形来检测电子设备中线路工作异常情况，验证设备性能是否达标等，给使用者设计电子设备带来很大的帮助。示波器除观测电流电压的波形外，还可以测定频率、延时等信号特性。目前，示波器在各种科学研究、工程研究、工业生产及学校教育等众多领域有着极其广泛的应用。 传统的模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪），电子枪向屏幕发射电子，发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。模拟示波器在早期的应用中很好的满足了当时的应用要求。模拟示波器可以清晰的获得信号波形，但是其带宽频率、存储能力、扩展性等受到限制，而且不能和计算机很好的融合使用。所以随着新型电子设备对信号检测的要求的逐步提高，数字示波器异军突起。数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器克服了模拟示波器的很多缺点，它应用了采样技术，在信号记忆、存储和处理以及多种触发和超前触发能力上具有很大优势，加上可以在电脑上分析数据等优点，数字示波器迅速普及，有取代模拟示波器的趋势。 本次设计的简易数字示波器，采用实时采样和等效采样两种工作方式，具有校准信号输出、波形存储、回放显示和频率测量等一系列功能，突破了奈奎斯特采样定理的限制，具有较高的使用价值。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 研究的基本内容： 本次设计研究的基本内容是采样原理技术的理解与应用并且制作一个简易等效采样数字示波器。本设计采用实时采样和等效采样两种工作方式，以C8051f020单片机和FPGA为核心制作一个更高的等效采样率、更宽的测量范围及更好的可靠性的简易数字采样示波器。 本次制作的简易数字采样示波器样机的主要性能要求如下： (1)显示屏的刻度为8 div×10div，垂直分辨率为8bits，水平显示分辨率≥20点/ div，能测量1MHz以内的周期信号。 (2)垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div、2mV/div三档。电压测量误差≤5%。 (3)实时采样速率≤1MSa/s，要求含有三档扫描速度，能完整观察示波器测量范围内波形，波形周期测量误差≤5%。 (4)仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，触发电平可调。 (5)显示部分采用液晶显示器。 (6)能提供频率为1kHz的方波校准信号，频率误差≤5%。 (7)其它功能模块。 拟解决的主要问题： 等效采样原理的理解应用与功能实现 系统硬件的整体设计 芯片的选取 触发功能的实现方式 系统软件设计 三、研究的方法与技术路线： 1. 采样技术性能 采样技术是数字示波器制作一个重要技术点，也是此次设计的关键。采样技术大体分为两类：实时采样和等效采样两种。实时采样是示波器在一次触发后即能完成整个采集过程，常常受到采样速率和带宽等的限制。为了突破实时采样的固有限制，后来提出了等效采样。等效采样（Equivalent Sampling）是指对多个信号周期连续样来复现一个信号波形，采样系统能以扩展的方式复现频率大大超过奈奎斯特