项目名称：手持式数字示波表
比赛编号： 11424
单位名称：电子科技大学通信与信息工程学院
作者：李广军(Guangjun Li)，林水生(Shuisheng Lin)，阎波(Bo Yan)，
王一(Yi Wang)，杨新川(Xinchuan Yang)，荆研(Yan Jing)
联络人：李广军(Guangjun Li)职业：教师
通讯地址：四川省成都市电子科技大学通信与信息工程学院
邮编：610054
电子邮箱：gjli@uestc.edu.cn
电话：85-28-83202527 传真：86-28-83207669
2002年10月7日
目 录
摘要 …………………………………………………………………………………………………………….. 2 关键词 ………………………………………………………………………………………………………….. 2 1、引言 ……………………………………………………………………………………………………….... 2 1.1示波器工作原理 ………………………………………………………………………………………… 2
1.1.1模拟示波器工作原理 ………………………………………………………………………………. 2 1.1.2数字示波器工作原理 …………………………………………………………………………….… 2 1.2万用表工作原理 ………………………………………………………………………………………… 3 1.3频率计工作原理 ………………………………………………………………………………………… 3 1.4数字示波表工作原理 …………………………………………………………………………………… 3 2、设计概述 …………………………………………………………………………………………….……... 3 2.1 示波表的系统结构 ……………………………………………………………………………………... 3 2.2示波表性能指标 …………………………………………………………………………………….…... 4 3、硬件描述 ……………………………………………………………………………………………………. 5 3.1 DSP控制核心电路 ………………………………………………………………………………………. 5 3.2 FPGA芯片及外围电路 …………………………………………………………………………….……. 6 3.3模拟通道 …………………………………………………………………………………………………. 6 3.4信号调理及模/数转换电路 ……………………………………………………………………………... 7 3.5 FPGA内部功能 …………………………………………………………………………………….……. 8 3.5.1 A/D采样控制器 ………………………………………………………………………………….…. 8 3.5.2 数据FIFO …………………………………………………………………………………………… 8 3.5.3 FIFO采样控制器 …………………………………………………………………………………… 8 3.5.4 频率计单元 …………………………………………………………………………………………. 9 3.5.5 显示缓存区 ………………………………………………………………………………….……… 9 3.5.6 显存地址发生器 ……………………………………………………………………………………. 9 3.5.7 LCD驱动器 …………………………………………………………………………………….…… 9 3.5.8 通道控制端口 ………………………………………………………………………………….…… 9 3.5.9 总线仲裁器 …………………………………………………………………………………….…… 9 4、软件描述 ……………………………………………………………………………………………….…… 10 4.1 存储器地址空间映射 …………………………………………………………………………………... 10 4.2 示波表程序设计说明 …………………………………………………………………………………… 10 4.3 处理算法及实现 ………………………………………………………………………………………… 11 4.3.1波形参数的测量 …………………………………………………………………………………….. 11 4.3.2 自适应幅度调整 ……………………………………………………………………………………. 12 4.3.3 内插算法对波形的重建 …………………………………………………………………….……… 12 4.4 底层驱动程序 …………………………………………………………………………………………… 14
5、结论 …………………………………………………………………………………………………..…… 15
附录1：示波表实验电路板 附录2：示波表开机界面 附录3：示波表开机菜单 附录4：示波表显示波形
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手持式数字示波表
李广军，林水生，阎波，王一，杨新川，荆研 电子科技大学通信与信息工程学院（610054）
摘要：利用嵌入式技术设计的手持式数字示波表，是集数字存储示波器、数字万用表和数字频率计等功能于一体的手持式电子测量仪表。本文介绍的手持式数字示波表以Motorola的DSP56805为核心控制和数据处理芯片，以Xilinx的XC2S50实现图形液晶控制器、高速数据缓存和系统逻辑控制等控制功能。该示波表具有体积小、功耗低、携带使用方便等特点。
关键词：数字示波表、数字示波器、数字万用表、数字信号处理器(DSP)、液晶控制器、FPGA
1、引言
手持式数字示波表集数字存储示波器、数字万用表、数字频率计三者功能于一体，采用电池供电，图形液晶显示，是电子测量领域里一类新型的实用仪器。 本设计采用嵌入式设计技术，把微控制器、A/D转换器、LCD控制器等核心部件嵌入该系统，并利用嵌入式操作系统、ASIC设计技术、LCD图形显示技术及数字信号处理技术等综合设计的嵌入式仪器系统。该仪器功能齐全，并且体积小、重量轻，携带和操作都十分方便，具有极高的技术含量、很强的实用性和巨大的市场潜力，代表了当代电子测量仪器的一种发展趋势。
1.1 示波器工作原理
1.1.1 模拟示波器工作原理
传统的模拟示波器把需观测的两个电信号加至示波管的X、Y通道以控制电子束的偏移，从而获得荧光屏上关于这两个电信号关系的显示波形。显然，这种模拟示波器体积大、重量重、成本高、价格贵，并且不太适合用于对非周期的、单次信号的测量。
1.1.2 数字示波器工作原理
现代数字存储示波器首先对模拟信号进行高速采样获得相应的数字数据并存储。用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算，从而获得所需的各种信号参数（包括可能需要使用万用表测试的一些元器件电气参数）。根据得到的信号参数绘制信号波形，并可对被测信号进行实时的、瞬态的分析，以方便用户了解信号质量，快速准确地进行故障的诊断。
测量开始时，操作者可通过中文界面选定测量类型（波形测量、元件测量）、测量参数（频率/周期、有效值、电阻阻值、二极管通断等）及测量范围（可选自动设置，由仪器自动设置最佳范围）；微处理器自动将测量设置解释到采样电路，并启动数据采集；采集完成后，由微处理器对采样数据按测量设置进行处理，提取所需要的测量参数，并将结果送显示部件。
如果需要，用户可选择自动测试方式：微处理器在分析首次采样得到的数据后会根据具体情况调整、修改测量设置，并重新采样。在经过几次这样的“采样-分析-调整-重采样”循环后，示波表即可完成即触即测功能，而无须人工调换量程，便于手持操作。
显然，数字存储示波器与传统的模拟示波器相比具有很多突出的优点：
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手持式数字示波表
