高精度便捷式全數(shù)字示波器設(shè)計
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
編程邏輯器件CPLD采用硬件描述語言VHDL為底層支撐,用原理圖輸入的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計。DSP軟件編程采用C語言與匯編語言混合編程,程序主體用C語言編寫,對于占用處理器時間較多的算法程序和I/O接口操作則采用匯編語言編程,匯編代碼可以用C語言可調(diào)用的函數(shù)或內(nèi)聯(lián)代碼的形式出現(xiàn),把C語言和匯編語言的優(yōu)點有機結(jié)合起來。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 測試結(jié)果
(1)系統(tǒng)能對10 Hz~20 MHz的任意周期信號進行測量,對大于20 MHz的信號,由于輸入信號調(diào)理電路器件帶寬的限制,導(dǎo)致用于測量輸入信號頻率的方波失真,致使示波器的測量信號頻率精度降低。對相同頻率的信號,等效采樣方式的波形比實時采樣方式的波形要好,其原因是同一個信號周期內(nèi)前者的采樣點比后者的采樣點多。
(2)示波器的顯示屏刻度垂直方向有354個像元,水平方向有446個像元,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,對比專用數(shù)字示波器測試結(jié)果,信號在顯示屏上顯示明顯,波形失真小。
(4)示波器實時采樣速率為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)具有存儲和調(diào)出顯示信號波形的功能。
用所設(shè)計的示波器,分別對多種信號的不同頻率、幅值進行測試,同時對比高精度數(shù)字示波器測量結(jié)果,具體測試數(shù)據(jù)如表所示。

6 結(jié)語
樣機測量結(jié)果表明,系統(tǒng)頻率測量誤差小于0.05%,信號幅值測量誤差小于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被測信號進行很好的復(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)品使用時操作復(fù)雜,精度低的缺點,并且所設(shè)計的數(shù)字示波器集成度高,工作過程受外界環(huán)境的干擾小,測量數(shù)據(jù)可視化,界面友好,可復(fù)現(xiàn)被測信號波形,故可作為一種內(nèi)嵌式設(shè)備,嵌入到一些柔性工業(yè)測量系統(tǒng)當(dāng)中,這在工業(yè)自動化領(lǐng)域和測試領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
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