数字示波器
参赛队编号
摘要:本系统基于等效采样原理,以单片机为控制核心,充分利用 FPGA 资源,实现了
从 10Hz 到 10MHz 波形实时采样和输出,同时可对波形进行实时存储和连续显示;
以实用数字示波器为参照, 实现了频率,峰峰值的测量和显示,其频率测量误
差<0.1% ,电压测量误差<3%;同时实现了最高 200MSa/s 的等效采样速率。
关键词:数字示波器、等效采样
一、方案论证与比较
1.采样方式
方案一:等效时间采样法。采用中高速模数转换器,对于频率较高的周期性信号采
用等效时间采样的方法,即对每个周期仅采样一个点,经过若干个周期后就可对信号各
个部分采样一遍。而这些点可以借助步进延迟方法均匀地分布于信号波形的不同位置。
其中步进延迟是每一次采样比上一次样点的位置延迟△t 时间。只要精确控制从触发获
得采样的时间延迟,就能够准确地恢复出原始信号,如图 1.2 所示。
方案二:实时采样。实时采样是在信号存在期间对其采样,如图 1.1 所示。根据采
样定理,采用速率必须高于信号最高频率分量的两倍。对于周期的正弦信号,一个周期
内至少应该有两个采样点。为了配合高速模数转换器,必须用 FPGA 代替单片机准确的定
时控制 ADC 的采样速率。以实现高速实时采样。
题目要求 A/D 实时采样率<1MHz,输入信号范围 10-10MHz,所以我们在 50KHz 以下时
采用实时采样的方法;50KHz 以上采用等效采样的方法。
2. 触发方式
方案一:采用外部硬件电路触发。其核心器件为比较器,当信号大于所设比较触发
电平时,即产生一次触发。但专用 IC 比较器在低频段上升沿有较大毛刺,使触发很不稳,
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