多功能虛擬示波器模塊的硬件設(shè)計與實現(xiàn)

發(fā)布時間：2020-10-24 17:20

　　近年來,隨著被測系統(tǒng)越來越復(fù)雜,傳統(tǒng)示波器的性能和功能已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代電子測量的要求。國內(nèi)外示波器廠商大多依靠不斷提高性能指標(biāo)來保持競爭力,但相應(yīng)地也會增加研發(fā)成本,同時日益復(fù)雜的測試環(huán)境和特殊的測試對象也對示波器的功能多樣性提出了更高的要求。全文旨在研究傳統(tǒng)數(shù)字示波器的功能多樣性拓展,基于虛擬儀器技術(shù)以數(shù)字示波器架構(gòu)為基礎(chǔ),設(shè)計實現(xiàn)采集系統(tǒng)與人機交互的分離,充分利用當(dāng)今生活中普遍的Wi-Fi和USB,計算機和移動終端資源,將波形的處理顯示放到終端設(shè)備中實現(xiàn),降低儀器成本的同時極大地提高儀器使用的靈活性。同時通過改進(jìn)硬件電路及增加工程代碼,實現(xiàn)波形發(fā)生器、頻率計等儀器功能。全文以多功能虛擬示波器項目為基礎(chǔ),重點從以下幾個方面展開討論:1、系統(tǒng)整體架構(gòu)方案設(shè)計。結(jié)合小型化、低成本、低功耗、高靈活性的設(shè)計需求,通過關(guān)鍵器件選型分析,基于傳統(tǒng)示波器架構(gòu)方案確定了本系統(tǒng)“FPGA+ARM”的總體控制結(jié)構(gòu),并依據(jù)功能的不同將系統(tǒng)分成多個獨立模塊。2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計包括采樣電路的設(shè)計、數(shù)據(jù)預(yù)處理與緩存的設(shè)計以及相關(guān)控制模塊的設(shè)計。采樣電路主要完成信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)預(yù)處理與緩存主要用來完成采樣數(shù)據(jù)的抽點、拼合以及存儲;控制模塊可以實現(xiàn)通道控制、觸發(fā)和時基等功能。3、任意波形發(fā)生器設(shè)計。為增加系統(tǒng)使用的多樣性和靈活性,通過拓展硬件電路及修改程序代碼,沿用“ARM+FPGA”的波形合成控制結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)任意波形發(fā)生器功能。最終可實現(xiàn)多種波形輸出且頻率切換快速穩(wěn)定。4、電池電源管理。根據(jù)系統(tǒng)供電需求,設(shè)計電池管理電路以及高效率的電壓轉(zhuǎn)換電路。電池管理電路以充電芯片為核心實現(xiàn)對鋰電池的充電控制,同時對電池電量進(jìn)行實時監(jiān)測顯示;高效率的電壓轉(zhuǎn)換電路結(jié)合系統(tǒng)上電順序和電源開關(guān)控制完成為負(fù)載供電的多路直流電壓轉(zhuǎn)換。5、系統(tǒng)功耗動態(tài)管理設(shè)計。從整機功耗構(gòu)成的計算和分析出發(fā),依據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)的不同,利用軟硬件控制并實現(xiàn)系統(tǒng)各模塊的功耗動態(tài)管理。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM935.3
【部分圖文】：