数字示波器设计制作报告
简易数字存储示波器实验报告
目录一．数字存储示波器简介及设计思路 (3)2．实验设计原理 (5)三、系统各模块的简单说明 (5)四．最终实现功能说明 (8)五．实验设计实现功能模块具体分析 (9)六、实验硬件分配及总体仿真波形 (15)一、数字存储示波器简介及设计思路数字存储示波器是20世纪７０年代初发展起来的一种新型示波器。
这种类型的示波器可以方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理，例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。
而我们此次要设计的便是一种简易的数字存储示波器。
数字存储示波器可实现以下功能。
通过对来自信号源的信号进行采集（可分为实时取样和等效时间取样），将获得的值存储在内置RAM内，后期操作有对波形的显示、波形的测量（如测量频率、幅值、上升下降时延等）和波形处理（如双踪两波形的相加、相减、X-Y显示等等）。
其工作示意图如下所示：而我们设计的简易数字存储示波器实现的功能有对单一信道信号进行采样存储显示（分实时显示和存储后期调用显示）、对信号进行频率测量并显示数值、对波形进行上移、下移、扩展、收缩操作、示例波形演示（包括正弦波、锯齿波、方波）。
我们所用的硬件有实验箱上的高速的模数转换器TLC5510、FPGA芯片、单片机、LCD显示屏、FPGA内置RAM、外围扩展的RAM和键盘。
以下框图为实验箱硬件使用说明图：下移、扩展、收缩和测频的处理。
二、实验设计原理设计总体逻辑思路如下：系统开始工作时，通过按键选择是否开始检测波形，若是，则首先由频率检测器检测频率，然后根据测得的频率选择适当的采样频率。
信号源产生的信号通过A/D采样，采样结果保存在FPGA内置的存储器中。
待存储完一帧数据时进行输出到LCD上显示。
待显示100ms后暂停100ms以消除视觉暂留效应，然后准备下一帧数据的存储和显示。
如若需要存储波形，则在当前显示的同时，将采样得到的数据送往片外的SDRAM存储，直至存储结束或者存储容量达到上限。
计算机程序设计数字示波器程序的设计
从CMainWnd派生提供了一个SDI窗口的所有功能，如显示一个标题、一个菜单栏、一个工具栏等。所有SDI应用程序窗口框架类名都是CMainFrame，但是性质是有区别的。
（3）文档类
从CDocument类派生出来，是应用程序进行数据定义和初始化的地方。文档类的数据成员只有被说明成公有成员才能被视图类中的成员函数访问，其重要成员函数是OnNewDocument()，是进行数据成员初始化的地方。程序开始时会自动调用该函数。
长安大学电子与控制工程学院
《计算机程序设计综合实验》
综合实验指导书
数字示波器程序的设计
1.实验目的与要求
通过该实验，使学生掌握面向对象程序设计的基本理论以及视窗程序的基本设计方法，其中包括需求分析、总体设计、详细设计、代码编写及调试等设计环节。要求学生掌握示波器的功能和操作方法，熟练应用时钟、图形绘制功能、文件的读写以及文件内容的检索方法，达到既定的设计效果。
SDI具有文档/视图结构的应用程序框架，该框架包括应用程序类、窗口框架类、文档类和视图类，编程的任务是在文档类和视图类中添加适当的代码。其中文档类中一个重要的成员函数是OnNewDocument()，用户在此添加代码完成对数据的初始化；而视图类中最重要的成员函数是OnDraw()，通过在该函数中添加代码实现窗口内容的输出。
（1）基于对话框的应用程序：这类程序适合于文档较少而交互操作较多的应用场合，如Windows自带的计算器程序。
（2）单文档界面（SDI）应用程序：这类程序一次只能打开一个文档，如Windows自带的Notepad程序。
（3）多文档界面（MDI）应用程序：这类程序可以同时打开多个文档并进行处理，处理的过程中很容易地进行切换。
需要强调的是OnDraw函数有两种调方法，即自动调用和手工调用。当窗口发生变化视图需要重新绘制时，应用程序会自动调用该函数；当程序中的数据改变了需要重新显示时，可以通过调用Invalidate和InvalidateRect函数，引发对Ondraw函数的间接调用。比如：
数字示波器的设计
计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇数字示波器的设计刘岩（天津工业大学信息与通信工程学院，天津３００１６０）摘要：数字示波器是现代电子测量中最常角的仪器，它是一种可以用来观察、测量、记录各种瞬时电压，并以波形方式显示其与时间关系的电子仪器。
本文中详细介绍了数字存储示波器的原理及特点，给出了一种以单片机和可编程逻辑器件为控制核心的设计方案，同时给出了其硬件和软件设计的结构及思路。
关键词：数字示波器；模块化；ＦＰＧＡ中图分类号：ＴＭ９３５文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）２０－３０３７５－０２ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＤｉｇｉｔａｌＯｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅＬＩＵＹａｎ（ＴｉａｎｊｉｎＩｎｄｕｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｄｅｒｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｌｙｍｅａｓｕｒｅｄａｎｇｌｅｏｆｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓ，ｗｈｉｃｈｉｓａｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｏｂ－ｓｅｒｖｅ，ｍｅａｓｕｒｅａｎｄｒｅｃｏｒｄａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｗａｖｅｔｏｓｈｏｗｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｔｉｍｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｔｏｒａｇｅｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄａｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｌａｎ，ａｎｄｇａｖｅｉｔｓｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｄｅａｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｓ；ｍｏｄｕｌａｒ；ＦＰＧＡ１引言数字示波器是智能化数字存储示波器的简称，是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物。
简易数字存储示波器的设计
Ｄｅ ｉ ｎ ｆｓｍ ｐｌ ｇ ｔ ｌｏ ｃｌｏ ｃ ｐｅ ｓｇ ｏ ｉ ｅ ｄｉ ｉａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｌ
Ｌ Ｕ Ｚ ｉ ｅ ｇ， ＡＮＧ ｎ ，Ｗ ＡＮＧ Ｓ ａ －ｈ ｎ Ｉ ｈ— ｎ Ｗ ｐ Ｄｉ ｇ ｈ ｎ ｓａ
（ｃ ｏｌｆＥｅｔ ｎｃａｄＩ ｏｍ ｔ ｎ Ｎ ｒ ｗ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈ ｉ ｌ ｎｖｒｔ， ｉ肌 ７ ０ ２ ， ｈｎ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｌ ｒ ｉ ｎ ｆｒ ａｉ ， ｏｔ ｅｔ ｎＰ ｌ ｅ ｎｃ ｉ ｓｙ Ｘ ’ １ １９ Ｃ ｉａ ｃｏ ｎ ｏ ｈ ｅ ｙｃ ａＵ ｅｉ
适 ， 以提 出 了一 种 以 单 片机 为控 制 核 心的 简 易示 波 器设 计 方 案 。它 由前 向控 制部 分 ， 据 采 集 和 存储 部 分 ，１ 片 所 数 ５单
机 控 制 部 分 以及 按 键 和 ＭＳ ２ ６ Ｒ显 示 部 分 组 成 ｌ８ ４
关 键 词 ： 波 器 ； 片机 ； 据 采 集和 存 储 ； １ ８ ４ 示 单 数 ＭＳ ２ ６ Ｒ 中 图分 类号 ： Ｎ １ ． ４ Ｔ ９ ９６ ＋ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ２ ６ ２ １ ） ４ ０ ０ — ３ ６ ４ ６ ３ （０ ２ １— １ ２ ０
第２ Ｏ卷 第 ｌ ４期
Ｖ０ ． ０ １２ Ｎｏ １ ．４
电 子 设 计 工 程
Ｅｌ ｃｒ ｎｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｅ ｔｏ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
２１ ０ ２年 ７月
Ｊ１２ １ ｕ． ０ ２
简易数 字存储 示波器的设计
刘 智 朋 ， 顶 ，王 珊 珊 王
传 统 意 义 上 的模 拟 示 波 器 虽 然 功 能较 全 ， 是价 格 昂 贵 ， 但 体积大 、 量重、 重 成本 高 、 一 系 列 问题 使 应用 受 到 了 限制 。对 等
基于STM32的简易数字示波器
山东科技大学课程设计报告设计题目：基于STM32的简易数字示波器专业：班级学号：学生姓名：指导教师：设计时间：小组成员：基于STM32的数字示波器设计-----------硬件方面设计摘要本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以ARM9[2]为控制核心数字示波器的设计。
包括前级电路处理，AD转换，波形处理，LCD显示灯模块。
前级电路处理包括程控放大衰减器，极性转换电路，过零比较器组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。
充分使用了Proteus Multisim仿真工具，大大提高了设计效率，可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ 的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V,并实现波形的放大和缩小，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的频率。
总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本。
关键词：AD ，ARM，实时采样，数字示波器目录前言---------------------------------------------------------------------------------3第一章绪论--------------------------------------------------------------------41.1课题背景---------------------------------------------------------------------41.2课题研究目的及意义----------------------------------------------------41.3课题主要的研究内容----------------------------------------------------5 第二章系统的整体设计方案--------------------------------------------62.1硬件总体结构思路--------------------------------------------------------6 第三章硬件结构设计------------------------------------------------------------73.1程控放大模块设计-------------------------------------------------------73.1.1程控放大电路的作用-------------------------------------------73.1.2程控放大电路所用芯片---------------------------------------73.1.3AD603放大电路及原理----------------------------------------83.2极性转换电路设计------------------------------------------------------103.3 AD转换电路及LED显示电路等(由组内其他同学完成)第四章软件设计(由组内其他同学完成)第五章性能能测试与分析--------------------------------------------------15第六章设计结论及感悟-----------------------------------------------17参考文献----------------------------------------------------------------------18前言由于传统示波器虽然功能齐全但是体积旁大，不方便使用，本设计针对这种缺点设计一种体积小、成本低、功耗小、便携数字示波器，同时达到学以致用，理论和实践相结合，进一步学习课外知识，培养综合应用知识，锻炼动手和实际工作的能力。
(完整word版)基于STM32的示波器的设计开题报告
开题报告:1。
本课题研究的目的、意义：随着电子行业的发展，示波器在实际生活生产中占据的地位越来越重要，其实用之广泛和发展速度之快都远远超过其他测量仪器，已经广泛应用于国防、科研、学校以及工农商业等各个领域和部门。
而在由芯片控制的数字示波器已经逐步成为示波器市场上的主要产品。
目前国内市场上出现的高精度数字示波器普遍存在着价格昂贵、不便于户外的测量等等缺点。
本课题研究的意义是通过本课题的研究，能够开发出一款价格较低,功能较齐全、体积较小而又不影响测量精度的手持式数字示波器，以求弥补国内市场在这方面的空缺。
本课题采用STM32为主控芯片，采用LCD液晶屏作为显示设备，通过外部A/D对输入信号采集和处理，最终将波形信息显示在液晶屏上，以此完成一款手持式数字示波器的设计。
使用单片机是本专业学生需要掌握的一项基本技能,本课题的主要目的是通过对单片机的应用,进一步加深单片机硬件电路的连接以及软件的编程。
可以达到学以致用，把理论与实践相结合，学会如何应用自己的所学的知识，学会在设计的过程中发现问题、解决问题的能力，掌握设计的技巧，为以后工作打下基础，并完成一个能够基本满足需求的手持式数字示波器。
2.国内外研究现状数字示波器经过多年的飞速发展,其自身的各种性能、功能和价格已经完全可与模示波器相媲美,而且集捕获、显示、测盘、分析、存储于一体。
它的实时带宽已达2GHz,测量精度Y轴达土1％~十2％、X轴达十0。
01％.这种示波器显示屏幕一般比模拟示波器显示屏幕要大,通常为7英寸和9英寸。
彩显CRT数字示波器价格下跌,过去普遍用于1GHz示波器,现已开始用于40MHz 的数字示波器。
过去独占示波器鳌头约50年的模拟示波器虽也有很大进步，但还是退出了长期一统示波器天下的局面.经过较量之后，带宽1GHz的模拟示波器已全部让给等效和实时采样数字示波器,10MHz～500MHz也已基本让给了实时采样数字示波器,只有在100MHz以下的示波器中大约还能占到近一半的份额。
毕业设计论文——数字示波器
常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系别：电子与电气工程学院专业：微电子技术班号：微071学生姓名：俞斌学生学号：0706033136设计（论文）题目：数字示波器指导教师：刘明建设计地点：常州信息职业技术学院起迄日期：2009.8.1~2009.8.22毕业设计（论文）任务书专业微电子班级微071姓名俞斌一、课题名称：数字示波器二、主要技术指标：1：带宽:1GHZ2：抽样率:5GS3：记录长度:15KPts4：垂直分辨率8bit5：垂直精度±105%6：带限20250MHZ三、工作内容和要求：本设计的设计方案大致可分为几个步骤：首先我们要先了解数字示波器是什么东西其次就是我们要了解数字示波器的一些数据和作用还有特点。
然后我们才能来设计数字示波器的方案，大致列出数字示波器的的内容和所要设计的内容，搜索资料更多的了解数字示波器会对写设计有帮助，根据列表一步步完成设计。
要求：认真有耐性，要对每一个设计方案的步骤要熟悉，条理要分明清晰。
要进行多次修改争取做到最完善。
\四、主要参考文献[1] 全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京：北京理工大学出版社.2007.[2] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计[M].北京：北京航空航天大学出版社 2006.[3] 雷志勇.江建尧.数字存贮示波器的随机采样原理.学生（签名）俞斌2009年6 月26 日指导教师（签名）刘明建2009年6 月26 日教研室主任（签名）2009年6 月27 日系主任（签名）2009年6 月28 日毕业设计（论文）开题报告目录【摘要】【关键词】第一章方案比较与选择1．1：核心处理器选择……………………………………………………………1．2：前级信号调理方案设计………………………………………………………………第二章理论分析与参数计算2. 1 等效采样分析 (12)2. 2垂直灵敏度 (13)第三章电路分析与设计3. 1输入通道调理电路 (21)3. 2采样保持电路 (21)第四章系统程序设计4. 1扫描速度测试 (24)4. 2 采样速率与扫描速度的关系 (27)第五章结束语 (34)第六章答谢词………………………………………………………………参考文献 (36)数字示波器的工作原理摘要：摘要本数字示波器以单片机和FPGA为核心，对采样方式的选择和等效采样技术的实现进行了重点设计，使作品不仅具有实时采样方式，而且采用随机等效采样技术实现了利用实时采样速率为1MHz的ADC进行最大200MHz的等效采样。
简易数字示波器设计报告
简易数字示波器设计报告学校：苏州大学学院：电子信息学院班级：电子与通信工程组员：王婷杨静芝范静第一章设计内容与要求1. 1 设计内容：设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器，示意图如图1所示。
图1 数字示波器示意图1. 2 基本设计要求：（1）被测周期信号的频率范围为10Hz～10MHz，仪器输入阻抗为1M ，显示屏的刻度为8 div×10div，垂直分辨率为8bits，水平显示分辨率≥20点/ div。
（2）垂直灵敏度要求含1V/div、div两档。
电压测量误差≤5%。
（3）实时采样速率≤1MSa/s，等效采样速率≥200MSa/s；扫描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三档，波形周期测量误差≤5%。
（4）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，触发电平可调。
（5）被测信号的显示波形应无明显失真。
1. 3 扩展要求：（1）提高仪器垂直灵敏度，要求增加2mV/div档，其电压测量误差≤5%，输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。
（2）增加单次触发功能，即按动一次“单次触发”键，仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储（被测信号的频率范围限定为10Hz～50kHz）。
第二章系统的总体设计2. 1 总体框图：2. 2 硬件系统设计：2.2.1输入信号调理电路：图2输入信号调理电路该电路中涉及到的芯片有：（1）AD603：在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。
在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。
AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。
它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。
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数字存储示波器设计制作报告1．立项依据1.1.1课题研究的目的、意义：（1）课题研究的目的：①通过课题的研究进一步巩固所学的知识，同时学习课程以外的知识，培养综合应用知识的能力。
②锻炼动手能力与实际工作能力，将所学的理论与实践结合起来。
③培养团队精神，加强协作能力，增进同学间的友谊。
④尽力研究出预期成果，如有可能的话申报相关的知识产权，并使成果产业化。
（2）课题研究的意义：①研究过程本身可以使参与者得到极大的锻炼，为将来参加实际工作做好准备。
②研究的预期成果可以弥补现有示波器的不足，如能实现产业化，将在低档型方面有较大市场。
2．课题研究的主要内容及实施方案2.1.1课题研究的主要内容：本课题研究的主要内容是如何建立一套可存储虚拟示波器系统，其具体组成为：①硬件系统：硬件系统由计算机硬件系统和外部硬件系统组成。
这里主要研究外部硬件系统，其主要目标是实现数据采集、AD转换、数据缓冲及压缩、数据存储、向计算机系统传输。
②软件系统：软件系统的主要任务是通过计算机硬件系统读取由外部硬件设备传输来的数据，进行解压、变换、排除干扰信号、将波形显示在显示器上，并进行波形的存储、打印与分析。
在实现以上基本功能的前提下，还可以进行进一步的扩展国，如硬件系统性能的担高、成本的降低、体积重量的减小、接口的扩展；软件系统功能的完善、用户界面的改进、数据的格式化、网络化，最终目标是产业化。
2.1.2实施方案：本系统实施方案如下页图一所示：2.1.3工作条件：信号源、单片机编程器、普通数字示波器、带RS －232串口的计算机系统。
随着工作的进展对实验条件的要求可能会有所变化。
3．问题的分析与几种主要实施方案的讨论3.1.1问题的分析本课题的主要问题在于模拟信号向数字信号的转换。
为了测试高频模拟信号，必须采用高速的模数转换技术。
采样定理指出，要不失真地复现输入信号，采样频率必须大于等于输入信号频率上限的二倍，但在实际工作中，要得到较理想的输入信号的波形，在输入信号的每个周期必须采十个以上的数据点。
这样绘制出的波形图才能比较准确地反映输入信号的特征。
因此，高速采样及模数转换技术成为本课题的主要重难点。
3.1.2几种方案的讨论在本课题的研究过程中，我们提出了以下的方案以解决该问题。
（1） 直接AD 采样该方案采用市售高速AD 转换芯片，直接对输入信号进行采样、转换，然后存储在单片机或RAM 中。
该方案的主要优点是软硬件设计简单，且有很多现成的资料可以参考。
缺点在于速度与价格难以兼顾，市售高速AD 转换芯片的价格与速度基本成指数关系，而且有很多高速AD 转换芯片难于购买。
因此，以较低的价格只能得到较低的性图一：实施方案示意图能。
另一方面，从科技创新本身来说，本方案的技术已经相当成熟，真正创新的内容不多。
（2）取样示波器方案所谓取样示波器，就是在一个周期信号的不同周期采样，从而获得周期信号的信息。
如图二所示：对于输入信号，设其周期为T ，如果能够准确地得到其T /n 的时间，那么就可以每隔T n m ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+1时间采样一次，采n 个数据点，实际上与在一个周期内采n 个数据点是等价的。
此外，如果将逐次比较AD 转换的各次比较过程分在各个不同的周期，但都对应相同的相位，从理论上来说于在一个周期内采样是等价的，而每次比较的时间总比完整的转换时间短的多，因此分周期逐次比较可以对频率更高的输入信号进行采样。
图二A ：直接采样方案示意图图二B ：隔周期采样方案示意图该方案的主要优点是可以采集很高频率的周期性输入信号。
但该方案的难点也是很明显的：如何准确获取T /n 的时间。
在本课题的研究过程中，我们曾尝试用集成锁相环CC4046来实现此功能，通过计数器与CC4046可以实现对经过整形的输入信号2101分频，再21倍频，实质上就是锁定输入信号周期的211100的时间。
但发现在倍频时CC4046很难锁定，几乎得不到稳定的输出波形。
因此该方案最终被放弃。
事实上，该方案还是有前景的。
可以考虑使用稍高档的集成锁相环，可能可以解决失锁的问题，另外，如果采用数字锁相环，或者用单片机结合PLD ，可以实现数字锁相，从而得到更精确更稳定的取样控制脉冲信号。
（3）电压比较方案以上两个方案都是通过在特定的时刻对输入信号采样而得到输入信号的信息。
但由于输入信号是模拟量，就必须进行AD 转换，而AD 转换的速度限制了整个采样及转换过程的速度的提高。
与之相比，使用高频时钟（74LS 系列的计数器理论最高时钟频率都可达到数十MHz ）和多位计数器计时，可以非常容易地把时间变为数字量。
该方案避开AD 转换，而通过DA 转换输出一个参考电压，将输入信号与参考电压进行比较，记录比较器输出翻转的时刻，这一时刻可以认为是输入信号与参考电压相同的时刻，而且可直接从计数器中读出该时刻对应的数字量；对于周期信号，与方案（2）中类似，在不同的周期中采样，可以采集非常频率高的周期信号。
图三：电平比较方案示意图该方案的主要难点是比较器上的干扰如何抑制。
在实验中，发现比较器的输入端干扰非常大，这与我们的实验条件有一定关系。
最终还是没能克服这个问题而放弃了该方案。
（4）频域分析方案该方案原理类似于频谱仪。
对于周期输入信号，分析其各次谐波分量的幅值与幅角，就可以求出其波形。
由于常用的周期信号高频分量衰减得都很快，因此只用分析几次谐波就可以得到较精确的结果。
此方案的难点在于本级振荡中的频率合成，以及各次谐波的幅角的测量。
由于我们没有学过相关的知识，因此未采用此方案。
综上所述，四种方案各有优缺点。
其中前三种方案我们都曾尝试过。
由于时间、实验条件等诸多原因，最终我们采用了方案（1）。
4．本数字存储示波器系统概述本数字存储示波器系统。
有两种工作状态：实时采集、存储输入。
实时采集方式适用于输入信号频率较低（<100Hz）的情况。
工作在该方式时，输入信号经过AD转换，对应的数字量传入单片机，然后立即通过串行线传输到计算机中。
存储输入方式则是用于输入频率信号较高（100Hz~50kHz）的情况。
工作在该方式时，采用DMA（直接存储器访问）技术，输入信号经过AD转换，对应数字量直接写入RAM中。
转换完毕后，再通过串行线将RAM中的数据传输到计算机中。
采集过程与传输过程可以分别进行，采集过程不需要计算机参与，只要不掉电，波形数据可以存储任意长时间。
本数字存储示波器系统由硬件系统和软件系统组成。
其中硬件系统实现输入信号的放大/衰减、AD转换、DMA控制等；软件系统又分为单片机软件与计算机软件两部分。
单片机软件系统控制硬件系统以及串行数据的传输等；计算机软件处理数据，以实现绘制、打印波形、频谱分析等功能。
5．硬件系统硬件系统由以下几部分组成：（1）CPU及其外围设备本系统CPU采用Atmel AT89C52单片机，其外围设备包括RAM62256、串行传输电平变换芯片MAX232以及CPU时钟、键盘等。
（2）AD转换、DMA控制电路这部分电路是本系统的核心部分，负责数据的采集和存储，同时根据两种不同的工作方式采用不同的逻辑。
当用户指定工作方式后，CPU会给出相应的控制信号，这部分电路根据给出的信号控制各芯片的片选、锁存等。
具体地说，CPU 的P1.2与P1.4端提供AD的控制信号。
具体逻辑如表一：址发生器与62256地址线间的缓冲器。
[2]实时采集时AD的控制信号由CPU P1.3端提供。
[3]以上三个片选均为低有效。
本系统采用AD公司的高速AD转换芯片AD7820，原厂资料中该芯片的转换时间为2μs，有两种工作模式。
其中直通工作模式最简单，而且适合本系统工作要求，因此采用这种工作模式。
如图三所示，工作在直通模式时，AD7820的RD端接低电平，MODE端接高电平。
WR端为高电平时，输出保持不变，INT保持低电平；当WR变为低电平后，AD转换启动，同时INT变为高电平。
WR低电平应保持twr=(600ns-50μs)；当WR再次变为高电平后，AD转换的结果经输出缓冲器输出并锁存，同时INT变为低电平。
从WR的上升沿到AD输出有效数字的时间为tint=700ns（典型值）,两次转换间隔时间为tp=600ns（最小值）。
图四：AD7820工作时序图（摘自AD公司原厂资料）本系统工作在DMA方式时，采用6Mhz振荡器，经16分频后得到周期为2.67μs、占空比为50%的方波，将其接至AD7820的WR端，则可满足上述时序的要求。
工作在实时采集方式时，则由CPU P1.3端提供WR信号。
本系统工作在DMA方式时，62256 WR端接AD7820 INT端，则每次采样完毕后，AD7820直接向62256写入数据。
其他控制时序和控制逻辑较简单，用一片译码器74LS138和一片数据选择器74LS253按表一中的逻辑联接即可。
（3）时钟及地址发生器本系统地址发生器由四片四位计数器74LS161级连而成，最低位计数器的时钟接AD7820 INT端（附加两个非门延时），这样AD每完成一次转换就向62256内写入一次数据，启动下一次转换的同时将地址计数器输出增一。
四片74LS161共有16根输出线，其中低十五位通过缓冲器（表一中缓冲器2）接至62256地址线，最高位经反相后接CPU INT0端。
当计满15位向第16位进位时，触发CPU 中断0，CPU响应中断后即停止DMA控制器的工作，系统即完成一轮AD转换及向62256种存储数据的过程。
本系统的时钟发生器及前面所述的6Mhz振荡器及16分频电路。
振荡器由石英晶体振荡器及非门等构成，16分频采用计数器74LS161。
这部分电路比较简单，不再赘述。
6．软件简介：本软件主要完成数字示波器的数据后期处理工作；开发环境：Visual C++ 6.0适用平台：Windows 9X/Me/2000/XP可执行文件大小：2.26MB附加文件：mfc42.dll, MSCOMM32.OCX, msvcrt.dll主要功能如下：6.1.1串行数据接收:采用VC附带ActiveX控件Microsoft Communications Control, version 6.0实现串口数据的接收；如果内存允许，采集点数不限；因此，本软件也满足过程控制中大容量数据采集及图形处理的需要；6.1.2数字滤波：采用多项式光滑不等距插值，本方法是制定n个不等距节点x i(i=0,1,-------,n-1)上的函数值yi=f(xi)及精度要求，利用阿克玛(Akima)方法，计算指定子区间上的三次插值多项式与指定插值点上的函数值；函数的调用格式为：GetValueAkima(int n, double x[], double y[], double t, double s[], int k /*= -1*/)6.1.3图像处理：（1）波形图：完成采集波形的绘制，支持各种动态操作，包括：图像的整体放大，整体缩小，还原初始最佳大小，移动，X向放大、缩小，Y向放大、缩小；支持各种编辑操作，包括：图像数据的存储(存储成.sun文件)，波形图、频谱图的打印，波形图、频谱图的拷贝（可在Word等编辑软件中粘贴）；支持波形图相及示波屏幕的视觉效果调整，包括：波形图、频谱图曲线颜色的任意调整条，线条宽度的调整，示波屏幕全屏化，背景模式的调整；支持波形图处理数据量的动态调整：以克服图像失真，及图形处理速度慢等问题；支持任意点电压值，时间值；两点之间电压差，时间差的动态读取；支持采集数据的十六进制，十进制现实，支持数据的拷贝（可转移到Excel 等数据处理软件中处理）；（2）频谱图：采用离散Foriour变换，绘制周期图像的离散谱，非周期图像的连续谱，并给出相应频谱信息：对于以上功能，提供方波，正弦波，随机波，单位阶跃响应四组测试数据模拟采集数据，供使用者练习，以熟悉本软件；提供使用说明，供使用者参考;6.1.4软件界面效果如下：（1）主界面：图五：软件主界面（非实际大小，下同）（2）波形图界面：图六：波形显示界面（3）波形图示数面板界面：图七：波形读数面板界面（4）频谱图界面：图八：频谱图显示界面7. 测试结果测试方法：以信号源的输出作为本系统的输入，分别测试本系统在两种不同工作方式时对应各种频率、各种形式的输入信号的输出如下：7.1.1存储输入方式：（1）1kHz正弦波输入1，原图如下：图九：1kHz正弦波波形（原图）（1）（2）1kHz正弦波输入2，原图如下：图十：1kHz正弦波波形（原图）（2）（3）2kHz方波输入信号，原图经局部放大后如下：图十一：2kHz方波波形（局部放大图）（4）45kHz正弦波输入信号，原图经局部放大后如下：图十二：45kHz正弦波输入信号（局部放大图）（5）60kHz锯齿波输入信号，原图经局部放大后如下：图十三：60kHz锯齿波波形（局部放大图）7.1.2实时采集方式：（1）0.7Hz调节占空比后的正弦波，原图如下：图十四：0.7Hz调节占空比后的正弦波（原图）（2）5Hz正弦波输入信号，原图如下图十五：5Hz正弦波波形（原图）（3）60Hz方波输入信号，原图经过局部放大如下：图十六：60Hz方波（局部放大图）（4）100Hz正弦波输入信号，原图经过局部放大如下：图十七：100Hz正弦波（局部放大图）（5）100Hz方波输入信号，原图经过局部放大如下：图十八：100Hz方波（局部放大图）（6）200Hz正弦波输入信号，原图经过局部放大如下：图十九：200Hz正弦波（局部放大图）7.1.3关于测试结果的讨论：从以上各图中可以看出：（1）不论工作在那种方式时，当输入信号频率相对较高时，显示出的波形将很密集而难于观察，因此部分波形经过了局部放大以便于观察。