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基于单片机及CPLD的数字存储示波器的研究与设计

作　者: 朱明强
导　师: 侯建军
学　校: 北京交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: 数字存储示波器单片机 CPLD 存储器触发印制电路板PCB
分类号: TM935.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 465次
引　用: 2次
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内容摘要

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。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 引言  10-20
  1.1 选题的背景和意义  10-18
    1.1.1 数字存储示波器基本原理  10-15
    1.1.2 CPLD技术概述  15-16
    1.1.3 采样方式  16-17
    1.1.4 论文的选题和意义  17-18
  1.2 国内外研究现状  18-19
  1.3 论文的主要工作  19-20
2 系统的总体设计任务和方案分析  20-28
  2.1 系统功能的定义和描述  20-21
  2.2 主要功能和技术指标分析  21-24
    2.2.1 输入模拟信号的处理  21-22
    2.2.2 数字信号的存储  22
    2.2.3 信号的还原  22-23
    2.2.4 系统的控制  23-24
  2.3 设计方案的论证和选择  24-28
    2.3.1 ADC芯片的选取  24
    2.3.2 存储芯片的选取  24-25
    2.3.3 DAC的选取  25
    2.3.4 垂直灵敏度和前端放大倍数的实现  25-26
    2.3.S CPLD芯片的选取  26
    2.3.6 辅助设计平台软件的选取  26-28
3 系统硬件电路设计  28-57
  3.1 前向通道电路设计  28-32
    3.1.1 阻抗变换电路设计  28-29
    3.1.2 输入调理模块设计  29-31
    3.1.3 电平移位电路设计  31
    3.1.4 触发电路设计  31-32
  3.2 数据采集与存储电路设计  32-46
    3.2.1 数据采集电路设计  32-35
    3.2.2 数据存储电路设计  35-38
    3.2.3 逻辑控制器电路设计  38-43
    3.2.4 单片机接口电路设计  43-46
  3.3 后向通道设计  46-48
  3.4 人机交互界面设计  48-50
    3.4.1 输入键盘设计  48-49
    3.4.2 指示显示模块设计  49-50
  3.5 PCB电路板设计  50-57
4 系统功能的软件设计与仿真  57-59
5 系统测试  59-64
  5.1 测试方案  59
  5.2 测试方法及过程  59-60
  5.3 扩展测量所需测试仪器  60
  5.4 测试结果显示  60-64
6 工作总结和未来展望  64-67
  6.1 已完成的工作  64-65
  6.2 进一步的设想和展望  65-67
参考文献  67-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

基于单片机及CPLD的数字存储示波器的研究与设计

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