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基于单片机和CPLD便携式数字示波器硬件平台研究实现

作　者: 王浩宇
导　师: 千博；吴树奎
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 控制工程
关键词: 虚拟数字示波器 CPLD FIFO 数据采集高速采样
分类号: TM935.37
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-13
  1.1 引言  7-8
  1.2 课题研究的背景及意义  8
  1.3 示波器概述  8-10
  1.4 数字示波器与模拟示波器比较  10
  1.5 系统总体结构与主要研究内容  10-13
    1.5.1 总体结构及概述  10-12
    1.5.2 研究内容  12
    1.5.3 主要成果  12-13
第二章信号调理电路研究与设计  13-29
  2.1 器件性能测试  13-17
    2.1.1 运放性能测试  13-17
    2.1.2 继电器性能测试  17
  2.2 耦合电路设计  17-19
  2.3 放大与衰减电路设计  19-21
  2.4 耦合与增益控制  21-22
  2.5 电平抬升  22-24
  2.6 频率特性的相关法辨识  24-29
第三章数据采集模块研究与设计实现  29-41
  3.1 高速ADC TLC5510  29-31
    3.1.1 引脚功能描述  29-30
    3.1.2 功能说明  30
    3.1.3 内部基准  30-31
  3.2 EPM240  31-33
  3.3 SRAM IS61LV256  33-34
  3.4 数据采集与控制  34-41
    3.4.1 采样时钟控制  36-38
    3.4.2 高速FIFO的实现  38-41
第四章主控制器的研究与设计  41-49
  4.1 主控制器概述  41-43
  4.2 电压档位控制  43
  4.3 时基档位控制  43-44
  4.4 触发数据传输控制  44-46
  4.5 与PC机的通信  46-49
第五章系统EMC研究与解决方案  49-53
  5.1 接地  49-51
  5.2 屏蔽  51-53
第六章系统测试  53-59
  6.1 部分通道幅频特性测试  53-56
  6.2 系统整体测试  56-59
第七章结论  59-61
致谢  61-63
参考文献  63-65
附录  65-70
  附录A NE5532幅频特性测试数据  65-66
  附录B 部分通道幅频特性测试  66-69
  附录C 整体测试  69-70

基于单片机和CPLD便携式数字示波器硬件平台研究实现

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