基于51单片机和FPGA的简易数字存储示波器设计

基于51单片机和FPGA的简易数字存储示波器设计

l 引言与传统模拟示波器相比．数字存储示波器不仅具有可存储波形、体积小、功耗低，使用方便等优点，而且还具有强大的信号实时处理分析功能。在电子测量领域，数字存储示波器正在逐渐取代模拟示波器。但目前我国使用高性能数字存储示波器主要依靠国外产品，而且价格昂贵。因此研究数字存储示波器具有重要价值。借于此，提出了一种简易数字存储示波器的设计方案，经测试，性能优良。2 数字存储示波器基本工作原理数字存储示波器与模拟示波器不同在于信号进入示波器后立刻通过高速A／D 转换器将模拟信号前

端快速采样，存储其数字化信号。并利用数字信号处理技术对所存储的数据进行实时快速处理，得到信号的波形及其参数，并由示波器显示，从而实现模拟示波器功能，而且测量精度高。还可存储信号，因而，数字存储示波器可以存储和调用显示特定时刻信号。3 系统分析论证3．1 A／D 实时采样根据奈奎斯特采样定理，采样速率必须高于2 倍的信号最高频率分量。对于正弦信号，一周期内应有2 个采样点。为了不失真恢复被测信号，通常一周期内需要采样

8 个点以上。为了配合高速模数转换器，采用FPGA 控制M/D 转换器的采样速率，以实现高速实时采样。实时采样可以实现整个频段的全速采样，本系统设计选用ADI 公司的12 位高速A/D 转换器AD9220，其最高采样速率可达10 MHz。3．2 双踪显示本系统设计的双踪显示模块是以高速切换模拟开关选通两路信号进入采样电路，两路波形存储在同一个存储器的奇、偶地址位。双踪显示时，先扫描奇地址数据位，再扫描偶地址数据位。采用模拟开关代替一个模数转换器，避免两片高速A／D 转换器相互干扰，降低系统调试难度，

并且实现系统功能。3．3 触发方式采用FPGA 内部软件触发方式，通过软件设置触发电平，所设置的施密特触发器参数易于修改，从而抑制比较器产