5-简易数字存储示波器(电)——【全国大学生电子设计大赛】
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
2007年全国大学生电子设计竞赛一等奖作品——数字示波器
2007年全国大学生电子设计竞赛一等奖作品——数字示波器发布时间: 2007-11-27 20:28:37作者:责任编辑:数字示波器作者：黄霖宇、陈鹍、侯碧波一等奖作品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。
同时系统还具有可测2mV小信号、波形存储回放、测频、触发沿选择、校准信号输出等功能。
AbstractThis digital oscilloscope takes a MCU and FPGA as the core .We made emphases on the choice of the sampling methods and the implement of equivalent sampling, as a result, our design not only has the real-time sampling mode but also can reach the highest equivalent sample rate of 200 MHz using the real-time sample rate of 1 MHz, by way of random equivalent sampling. At the same time, this system has many other functions, such as 2mV small-signal measuring, storage andre-display of waveform, measuring frequency, selective trigger edge , output of thecorrection signal and so on.一、总体方案设计1．方案比较与选择仔细分析题目要求，以实时采样速率为1MHz的ADC实现最大200MHz的等效采样，是本题的最大难点，也是设计的重点之一。
全国大学生电子设计竞赛设计报告格式
二、关键词
要求具有专指性 。一个词表达一个主题概 念。限制不加组配的泛指词的使用，以免出 现概念含糊的情况。 例如：在题为《简易数字存储示波器》的报 告中，作者选用“示波器”作为关键词之一， 但 “示波器”有“模拟示波器”和“数字 示波器”之分，该文指的显然是“数字示波 器”，因此，应选用专指性强的词“数字示 波器”为关键词。 第一关键词应能体现出文章的学科分类。
摘要分类：
报道性摘要、指示性摘要和报道―指示性摘要。 • 通常学位论文、学术论文、技术报告及总结报告等科技 文献采用报道性摘要 • 综述、述评及进展报告等介绍性文献采用指示性摘要。
摘要的要素有：目的、方法、结果和结论
（1）研究目的: 准确描述该研究的目的，表明研究的范围 和重要性。 （2）研究方法: 简要说明研究课题的基本设计, 结论是如何 得到的。 （3）结果: 简要列出该研究的主要结果，有什么新发现， 说明其价值和局限。叙述要具体、准确
(6).参考文献五号宋体，尾注。（在文章 的最后请附上项目的具体实施日程及成员 分工情况。） (7).用纸及打印规格：A4纸要求双面打印。
一、摘要
摘要是论文的重要组成部分，摘要是 论文内容的简介，摘要加以概括。高质量的摘要可以 吸引读者，反之则可能失去读者。因此， 摘要的好坏直接影响读者对论文的阅读， 影响着论文被利用的程度，论文作者必须 重视摘要的编写。
科技论文写作时应注意的其他事项,适用 于摘要的编写 如采用法定计量单位, 正确使用语言文字和标点符号等, 也同样. 目前摘要编写中的主要问题有: 要素不全,或缺目的,或缺方法;出现引 文,无独立性与自明性;繁简失当。
举例：
摘要 本项目通过不同浓度的Ｃｒ６＋离子对水螅形态影响和行为变化， 揭示出它们之间关系，建立水螅对铬污染水的敏感监测模型。具体步骤 是：准备１０组梯度的Ｃｒ６＋离子（通过重铬酸钾来配制）从０．０ ７ｐｐｍ到０．７ｐｐｍ，每组分别放入１０个不出芽的水螅。通过时 间的积累、仔细观察他们的形态和行为变化，记录变化的细节并且拍摄 照片。数据的分析和整理则由ＭＡＴＬＡＢ软件程序来进行。实验表明， 水螅对Ｃｒ６＋的形态和行为变化的普遍特点是不可逆的收缩身体和触 手萎缩。在触手的顶部出现一个“鼓锤状”的结构之后，内外层的细胞 将会分解和脱落。同时捕食行为和运动行为也会停止。数据分析显示水 螅在Ｃｒ６＋ 溶液中触手和身体的长度相关性在数学统计中是有意义的， 并且归结出浓度与生物指标关系的量化数学模型。我们发现水螅是一种 能够用来监测铬污染的敏感生物。上述的试验通过上海宝山钢铁总厂的 工业铬污染废水监测中验证。我们希望这些结论能够进一步运用在类似 的污染物水体中去。
全国大学生电子设计竞赛设计报告格式及要求
设计报告格式及要求0、页面设置每页上方必须留出3cm空白，空白内不得有任何文字，每页右下端注明页码。
纸型：A4页边距：上：3cm ，下：2cm，左：2cm，右2cm设计报告密封纸在距设计报告上端约2厘米处装订，然后将参赛队的代码（代码由赛区组委会统一编制，在发放题目时通知各参赛队）写在设计报告密封纸的最上方。
设计报告装订好后将密封纸掀起并折向报告背面，最后用胶水在后面粘牢。
设计报告上不允许出现参赛队的学校、姓名等文字。
一、报告的基本格式与层次编排0. 封面封面暂时复制例文。
1.基本格式报告题目居中3号黑体，段前段后空0.5行摘要顶格，小4宋加粗或小4黑摘要正文（300字以内）与“摘要”2字之间空1格，小4宋体关键词：…；…；…3～5个，与“摘要”2字之间空1格），顶格，小4宋体（摘要与正文之间另起一页，插入→分隔符→下一页）正文…………………………………………………………………………………………正文小四宋体，每一个自然段首起空2字。
图表的格式：表序与表题为5号黑体，表内文字为5号宋体，表下的标注为小5号宋体；图序与图题为5号黑体，图文、图注为小5号宋体。
行间距为最小值20磅，在排版过程中，若遇到图题和图不能在同一面，或页下留较多空白的问题，可通过适当调整行间距来解决。
图和表与正文之间段前段后空0.5行。
（图和图名，表和表名看成一个整体，之间不空行）参考文献居中，4号黑体，段前段后空0.5行[ 1 ] 作者.书名.版次.出版地:出版者,出版年. 左顶格，5号宋体序号左顶格，用阿拉伯数字加方括号标示；作者名与序号之间空1字；若有2位或3位作者，则作者之间用逗号“，”分隔，最后一位作者用句点（实心点），若超过3位，也只列3位，然后加等。
（正文与参考文献之间另起一页，插入→分隔符→下一页）2．层次划分与编排根据需要可以将正文划分成若干层次，拟定若干级标题，一般三级就可以了。
标题单独占行，末尾不加标点，标题编号与标题文字之间空1格。
全国大学生电子设计竞赛历年题目分类
1．音频信号分析仪2．数字示波器
电动车跷跷板
第九届
2009年
1.光伏并网发电模
拟装置
2.宽带直流放大器
3.电能收集充电器
无线环境监测模拟装置
数字幅频均衡功率放大器
声音导引系统
全国大学生电子设计竞赛历年题目分类
模拟电子线路设计
无线电、高频电子线路设计
电子仪器、仪表
设计
数字系统与自动控制系统设计
第一届
1994年
简易数控直流电源
多路数据采集系统
第二届
1995年
1．实用信号源的设计和制作
2．实用低频功率放大器
2．简易无线电遥控系统简易Biblioteka 阻、电容和电感测试仪第三届
1997年
直流稳压电源
2．电压控制LC振荡
器（高频）
1．简易逻辑分析仪
2．低频数字式相位测量仪
1．简易智能电动车
2．液体点滴速度监控装置
第七届
2005年
1．数控恒流源
2．三相正弦波变频电源
3．正弦信号发生器（高频）
1．单工无线呼叫系统
1．集成运放测试仪
2．简易频谱分析仪
悬挂运动控制系统
第八届
2007年
1．开关稳压电源
2．程控滤波器
调幅广播收音机
简易数字频率计
水温控制系统
第四届
1999年
测量放大器
1．短波调频接收机
1．频率特性测试仪2．数字式工频有效值多用表
数字化语音存储与回放系统
第五届
2001年
1．高效率音频功率放大器
2．波形发生器
2．调频收音机
简易数字存储示波器
1．数据采集
18组简易数字存储示波器()
简易数字存储示波器摘要本系统基于示波器原理，以单片机为核心，结合CPLD和FPGA的数据处理能力，实现了波形的实时采样存储和实时显示功能，做到了波形的单踪采集与显示，并且能够对波形进行以下处理：频率、峰-峰值和平均值测量，AUTO SCALE，上下左右平移。
系统达到了较高的性能指标。
但也存在以下不足：不能做到双踪显示，平均值测量不准确等。
电子信息工程李知周张辉全杨光义一、方案论证与选择1、总体方案方案一：纯粹的单片机方式。
由单片机、A/D、D/A以及存储器等构建系统。
这种方式下单片机除了完成基本处理和分析外，还需要完成信号的采集、存储显示等控制工作与变换。
其优点在于系统规模小，有一定的灵活性，但是受到单片机本身指令速度的影响，A/D采样速率受到限制，实时采样性差，示波器的带宽受到很大限制，不适宜于显示高速和复杂的信号，无法满足要求。
方案二：FPGA/CPLD或带有IP核的FPGA/CPLD方式。
即用FPGA/CPLD完成数据的采集、存储、显示及A/D 、D/A等功能，由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能。
这种方案的优点在于系统结构紧凑、可以实现复杂测量与控制、操作方便；缺点是调试过程繁琐，而且控制难度大，可视化效果也较差。
方案三：单片机与CPLD结合方式。
即用单片机完成人机界面、系统控制、信号分析、处理、变换功能，用CPLD完成采集控制逻辑及显示控制逻辑功能。
此方案由可编程逻辑器件CPLD和单片机构成主要控制部件，在CPLD内部构造DMA控制单元和地址计数器，可实现高带宽、高速度的要求，在此方案中，示波器的带宽不会受到C51的指令速度的限制，可达到A/D最大采样速率的一半；系统可以对任意波形进行实时采样，实现波形的存储回放。
这种方案兼有前两个方案的优点，且避开了它们的缺点，所以我们采用方案三。
该方案总体框图如下：单片机和CPLD控制的数字存储示波器2、前级信号处理方案一：程控放大由运算放大器AD844、模拟开关CD4051配合精密电位器实现。
2007年C题 数字存储示波器_全国大学生竞赛山东赛区组委会
数字存储示波器海军航空工程学院（烟台）史继炎何高健刘恒涛摘要本题设计一个数字存储示波器，以Xilinx公司20万门FPGA芯片为核心，辅以必要的外围电路（包括信号调理、采样保持、内部触发、A/D转换、D/A转换和I/O模块），利用VHDL语言编程，实现了任意波形的单次触发、连续触发和存储回放功能，并按要求进行了垂直灵敏度和扫描速度的挡位设置。
信号采集时，将外部输入信号经信号调理模块调节到A/D电路输入范围，经A/D转换后送入FPGA内部的双口RAM进行高速缓存，并将结果通过D/A转换送给通用示波器进行显示，完成了对中、低频信号的实时采样和高频信号的等效采样和数据存储回放。
经测试，系统整体指标良好，垂直灵敏度和扫描速度等各项指标均达到设计要求。
关键词：FPGA 实时采样等效采样一、方案选择与论证数字存储示波器系统由信号调理电路、采样保持电路、触发电路、A/D、D/A、X输出电路、Y 输出电路、控制处理器等组成。
方案一：采用80C51单片机为控制核心，其系统框图如图1。
对输入信号进行放大或衰减后，用外接触发电路产生触发信号，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，再通过单片机将数据锁存至外部RAM，然后由单片机控制将数据送至D/A输出。
图1 方案一系统框图这种方案结构较为简洁，但在满足题目的实时采样频率的要求下，A/D的最高采样速度达1MHz，由普通单片机直接处理这样速率的数据难以胜任，采用高档单片机甚至采用DSP芯片，将大大增加开发的难度。
而且目前常用的外接RAM芯片时钟周期一般为40MHz～50MHz，难以达到高速数据存储的要求。
方案二：用FPGA可编程逻辑器件作为控制及数据处理的核心，外接触发电路实现触发功能，利用FPGA的层次化存储器系统结构，使用FPGA内部集成的基本逻辑功能块配置成双端口同步RAM 对采集信号进行存储，完成设计指标。
其系统框图如图2。
图2 方案二系统框图由于FPGA可在线编程，因此大大加快了开发速度。
简易数字存储示波器设计
简易数字存储示波器设计【摘要】：该简易数字存储示波器的设计是介绍基于FPGA高速数据实时采集与存储、显示技术，采用FPGA中的A/D采样控制器负责对A/D模拟信号的采样控制，并将A/D转换好的数据送到FPGA的内部RAM中存储；RAM的地址信号由地址发生计数器产生。
当完成1至数个周期的被测信号的采样后，在地址发生计数器的地址扫描下，将存于RAM中的数据通过外部的D/A进入示波器的Y端；与此同时，地址发生计数器的地址信号分配后通过另一个D/A构成锯齿波信号，进入示波器的X端。
从而实现数字存储示波器的功能。
本设计的ADC0809芯片作为高速信号的A/D转换，SRAM6264存储器作为采样后数据的存储，DAC0832芯片作为信号的 D/A转换。
程序设计采用超高速硬件描述语言VHDL描述，对其A/D转换、A/D采样控制器及数据的存储、数字输出进行编程、仿真，完成硬件和软件的设计，以及实验样机的部分调试。
关键词：数字存储示波器，FPGA，0809ADC，0832ADC, S RAM6264存储器Abstract:The simple design of digital storage oscilloscope is to introduce high-speed FPGA-based real-time data acquisition and storage, display technology, the use of FPGA in the A / D sampling controller is responsible for A / D analog signal to control the sampling and A / D conversion to the good data in the FPGA is internal RAM memory; RAM address signal generated by the address counter. Upon the completion of cycle 1 to a few samples of the measured signal, the address counter in the address scan, will keep the data in RAM through the external D / A into the scope of the Y-side; At the same time, address counter After the allocation of the address signal through a D / A constitute a sawtooth signal, the X-side into the oscilloscope. In order to achieve the functions of digital storage oscilloscope.The design of the chip as a high-speed signal ADC0809 the A / D converter, SRAM6264 memory for data storage after sampling, DAC0832 chip as a signal of D / A conversion. Programming using ultra-high-speed hardware description language VHDL description of its A / D conversion, A / D sampling controller and data storage, digital output programming, simulation, the completion of the design of hardware and software, as well as some of the experimental prototype debugging .Key words:digital storage oscilloscope, FPGA, ADC0809, DAC0832, SRAM6264 memory目录【摘要】 1【Abstract】：错误！未定义书签。
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简易数字存储示波器
摘要
我们设计制作的简易数字示波器以附加仪器的形式工作。
该仪器以89C52单片机为核心，由前端处理，触发，采集，数据融合处理，波形显示和操作面板等功能模块组成。
在系统的设计中，遵循智能化、操作方便、功能完备等思想。
我们采用CPLD实现控制逻辑，并使该仪器在示波器的XY方式下显示。
为了提高系统的性能和可操作性，我们扩充了触
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发系统，如可选择通道1、通道2、外部三个触发源，以及自动、正常、单次、三种触发方式，具有边沿和最大幅度的条件触发功能等。
设置了掉电保护、水平/垂直自动设置、波形打印等功能，并制作了供系统使用的线性稳压电源，完成了设计任务。
关键词：数字存储示波器CPLD X-Y显示方式
一、总体方案设计
示波器是用量最多、用途最广的测量仪器之一，是观察和测量电子波形不可缺少的工具。
传统的模拟示波器在观测周期性重复频率较高的波形方面仍然得到普遍使用，但对于不能重复出现的单次信号、持续的非周期信号以及重复频率较低的周期信号则显得无能为力。
数字存储示波器正是基于上述要求而出现的。
目前的数字存储示波器以独立仪器、附加仪器以及虚拟仪器等形式
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工作。
本设计中的数字存储示波器定位于附加仪器工作模式。
1、设计思想
附加装置模式的数字存储示波器：
●应充分利用模拟示波器的原有功能电路及部件，如使用其
CRT并在XY方式下显示且使之尽量与模拟示波器融为一体，成为附加仪器方式工作的数字存储示波器。
●应具备较完备的数字存储示波器功能、灵活的触发方式，如
智能人机交互、信号存储、分析、处理、测量、显示等。
●应符合传统示波器的使用习惯，并且具有灵活方便的操作、
演示方法。
2．总体设计方案选择
根据题目要求，本系统可选择以下方案实现：
方案一：纯单片机方案。
即系统由单片机、A/D、D/A存储器等组成。
这种方案要求单片机除了完成基本处理分析外，还需要完成信号的采集、存储、显示等控制与变换工作。
这种方案的优点在于系统规模较小，有一定灵活性，但是不适宜于观察高速
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信号或复杂信号，难以达到题目要求，并且系统的软硬件工作量分配不平衡，难以在4天内发挥各人的全部智慧。
图1-1给出了该系统的总体框图：
图1-1
方案二：FPGA/CPLD方式。
即用FPGA/CPLD完成数字存储示波器的采集、存储、显示等以及A/D、D/A等操作。
这种方案的优点在于系统紧凑，操作方便，尤其适合于对固定信号的观测显示场合；缺点是难以实现复杂功能，尤其是信号分析测量功能。
图1-2给出了该系统的总体框图：
图1-2
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