高精度便捷式全數(shù)字示波器設(shè)計(jì)

　　編程邏輯器件CPLD采用硬件描述語(yǔ)言VHDL為底層支撐，用原理圖輸入的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)。DSP軟件編程采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言混合編程，程序主體用C語(yǔ)言編寫(xiě)，對(duì)于占用處理器時(shí)間較多的算法程序和I/O接口操作則采用匯編語(yǔ)言編程，匯編代碼可以用C語(yǔ)言可調(diào)用的函數(shù)或內(nèi)聯(lián)代碼的形式出現(xiàn)，把C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。系統(tǒng)軟件完成數(shù)據(jù)收集分析，把采集到的曲線坐標(biāo)經(jīng)處理后由RS 422標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸給智能終端，同時(shí)也能接收到智能終端的輸入信息，執(zhí)行相應(yīng)的功能，系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。

　　5 測(cè)試結(jié)果

　　(1)系統(tǒng)能對(duì)10 Hz～20 MHz的任意周期信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)大于20 MHz的信號(hào)，由于輸入信號(hào)調(diào)理電路器件帶寬的限制，導(dǎo)致用于測(cè)量輸入信號(hào)頻率的方波失真，致使示波器的測(cè)量信號(hào)頻率精度降低。對(duì)相同頻率的信號(hào)，等效采樣方式的波形比實(shí)時(shí)采樣方式的波形要好，其原因是同一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)前者的采樣點(diǎn)比后者的采樣點(diǎn)多。

　　(2)示波器的顯示屏刻度垂直方向有354個(gè)像元，水平方向有446個(gè)像元，顯示分辨率較高。

　　(3)示波器的垂直靈敏度分辨率包含1 V/div，0.1 V/div及2 mV/div三檔，對(duì)比專用數(shù)字示波器測(cè)試結(jié)果，信號(hào)在顯示屏上顯示明顯，波形失真小。

　　(4)示波器實(shí)時(shí)采樣速率為400 kHz，等效采樣速率可達(dá)200 MHz。

　　(5)系統(tǒng)在掃描速度包含了20 ms/div，2 μs/div及100 ns/div三檔。

　　(6)系統(tǒng)具有存儲(chǔ)和調(diào)出顯示信號(hào)波形的功能。

　　用所設(shè)計(jì)的示波器，分別對(duì)多種信號(hào)的不同頻率、幅值進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)對(duì)比高精度數(shù)字示波器測(cè)量結(jié)果，具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表所示。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　樣機(jī)測(cè)量結(jié)果表明，系統(tǒng)頻率測(cè)量誤差小于0.05%，信號(hào)幅值測(cè)量誤差小于1%，系統(tǒng)精度較高，能滿足一般的工業(yè)要求，并且可以在顯示模塊上對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行很好的復(fù)現(xiàn)。系統(tǒng)重量小于0.5 kg，體積為：20 cm×15 cm×10 cm。

　　它克服了同類產(chǎn)品使用時(shí)操作復(fù)雜，精度低的缺點(diǎn)，并且所設(shè)計(jì)的數(shù)字示波器集成度高，工作過(guò)程受外界環(huán)境的干擾小，測(cè)量數(shù)據(jù)可視化，界面友好，可復(fù)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)波形，故可作為一種內(nèi)嵌式設(shè)備，嵌入到一些柔性工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)中，這在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域和測(cè)試領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。