2007数字示波器271
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2022-08-04
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数字示波器
摘要 ：本系统基于数字存储示波器的基本原理，以单片机和 FPGA组成的最小系
统为控制核心，具有实时采样方式和等效采样方式，其实时采样速率≤ 1MSa/s，
并采用顺序等效采样的方式使等效采样速率达到 200MSa/s。系统输入频率范围
为 10Hz～10MHz，输入幅值范围为 4mvVpp～8vVpp，周期测量精度优于 0.1％，
幅值测量误差小于 5％。系统具有三档垂直灵敏度和七档水平灵敏度，采用内触
发方式， 触发电平可通过外部旋钮进行调节，同时也具有单次触发功能。能够对
波形进行存储， 并且能在需要时调出存储波形进行回放。 系统在模拟示波器上显
示波形和刻度，并且借助于 128*64 点阵液晶显示示波器参数及波形信息，功能
稳定，波形清晰，人机界面友好。
关键词： 数字存储示波器，实时采样，等效采样，取样保持
一、方案论证与选择
系统要求制作一台实时采样方式和等效采样方式的数字示波器， 要求测量周
期信号的频率范围为 10Hz～10MHz，实时采样速率≤ 1MSa/s，等效采样速率≥
200MSa/s，要求包含三档水平扫描速率和三档垂直灵敏度， 采用内触发方式， 触
发电平可调， 可扩展存储和单次触发的功能， 并能对信号进行幅值和频率的实时
测量。
1. 采样方式选择
一般示波器有两种采样方式，实时采样和等效时间采样。
方案一： 实时采样。实时采样是在信号存在周期对其采样，故都是在信号经
历的实际时间内显示信号波形。 根据采样定理， 采样速率必须高于信号最高频率
分量的２倍。对于周期的正弦信号， 一个周期内至少应该有２个采样点。 为了不
失真的恢复原被测信号， 通常一个周期内就需要采样８个点以上。 其优点是采样
时间较短，缺点是对 A/D 转换其的速度和精度要求很高。
方案二 :等效时间采样。使用等效采样法的前提是被测信号是周期出现的，
因此，为了重建原信号， 可以每一个周期内等效地等间隔地抽取少量的样本， 最
后将多个周期抽取的样本集合到同一个周期内， 这样就可以等效成在一个被测信
号周期内采样效果。 该方案的优点是采样频率不需要太高， 与被采样信号频率相
当即可，缺点是要求被测信号是周期的，而且采样过程较慢，比较耗时。
根据题目要求我们选择实时采样和等效采样相结合的方式，实时采样速率
≤1MSa/s，即限制了 A/D 转换器的速率为≤ 1MSa/s，题目要求水平分辨率至少
为 20 点/div,故我们 50KHz 以下采用实时采样方式， 50KHz～10MHz 采用等效时
间采样方式，最高等效采样速率可达到 200MSa/s。
2．触发方案选择
为了在示波器上显示稳定的波形， 必须利用触发使扫描信号与被观测信号保
持同步关系， 即当满足触发条件时才启动一次扫描。我们采用内触发方式，即以
输入的被测信号作为触发源，且采用上升沿触发。
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