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基于STM32的数字示波器设计与实现

作者:时间:2011-05-24来源:网络收藏

摘要:为实现一个高采样率,宽频带的便携式数字存储示波器,设计了以为控制核心的波器。硬件平台主要采用了AD8260数字程控增益放大器作为前端信号调理电路,ADS830高速宽带模数转换器和IDT7204高速缓存作为数字采集电路,以及信号波形采用了TFT彩屏显示。另外,通过采用数字内插的数字信号处理算法来重建和还原信号波形,进而改善了信号波形显示细节。最后对研制样品进行了实验室测试,实验结果表明硬件设计思路与软件及算法的处理是正确的,性能参数达到设计要求,可以应用在工程实践中。
关键词:波器;;数字内插

0 引言
随着集成电路的发展和数字信号处理技术的采用,波器已成为集显示、测量、运算、分析、记录等各种功能于一体的智能化测量仪器。数字示波器在性能上也逐渐超越模拟示波器,并有取而代之的趋势。与模拟示波器相比,数字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。因此,数字示波器的使用越来越广泛。目前我国国内自主研发的高性能数字示波器还是比较少,广泛使用的仍是国外产品。因此,有必要对高性能数字示波器进行广泛和深入研究。本文通过采用高速高性能器件,设计了一实时采样率为60 Msa/s的宽带数字示波器。

1 数字示波器的性能参数设计
数字存储示波器的指标很多,包括采样率、带宽、灵敏度、通道数、存储容量、扫描时间和最大输入电压等。其中关键的技术指标主要有采样率、垂直灵敏度(分辨率)、水平扫描速度(分辨率)。这几项指标直接与所选A/D、FIFO和高速运放器件的性能,以及电路设计有关。下面根据所选器件的性能参数,合理地分析和确定示波器的采样率和分辨率。
1.1 采样率与水平扫描分辨率
采样率主要取决于A/D转换器的转换速率,常用每秒取样点数Sa/s(sample/second)来表示。本系统设计最高实时采样率为60MSa/ s,若进一步提高采样率可采用文献提出的等效采样技术,不过等效采样技术的软硬件和价格成本很高。为了使示波器具有较高的信号波形分析细节,采用数字内插技术来恢复和重建信号波形。文献中详细论述了线性内插和正弦内插算法在示中的应用问题。因此,对这两种内插算法不再详细论述,在本文设计中直接引用文献中的研究成果。根据文献研究结果,取信号每周期采样点数为20,插值倍数为4。水平显示像素点数为400个,共10格。水平扫速与采样时钟频率的关系表如下。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/194938.htm

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1.2 垂直灵敏度
垂直分辨率的高低直接影响数字示波器对波形细节的显示,垂直分辨率越高,则示波器上的信号波形细节越小,它取决于A/D转换精度和TFT的显示分辨率。本文设计中取最大采样输入电压为2 Vpp,垂直刻度为8格,共256个像素点,因此垂直精度为0.25 V/格。共设计9个灵敏度档位,每档灵敏度与程控放大倍数的关系如表2所示。

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