E题脉冲信参数测量仪报告精编版
安徽脉冲实验报告
安徽脉冲实验报告安徽脉冲实验报告脉冲技术作为一种重要的信号处理手段，广泛应用于电子领域。
安徽脉冲实验是对脉冲信号进行研究和应用的一项重要实验，本文将对安徽脉冲实验进行报告和分析。
一、实验目的安徽脉冲实验的目的是通过实验研究脉冲信号的特性和应用，深入理解脉冲技术的原理和方法，为脉冲信号的应用提供理论依据。
二、实验原理脉冲信号是一种特殊的电信号，具有高频、高幅度、短时长等特点。
在实验中，我们通过脉冲发生器产生脉冲信号，然后利用示波器对脉冲信号进行观测和分析。
三、实验步骤1. 准备实验设备：脉冲发生器、示波器等。
2. 连接实验设备：将脉冲发生器和示波器通过电缆连接。
3. 设置脉冲参数：根据实验要求，设置脉冲的频率、幅度和宽度等参数。
4. 发生脉冲信号：通过脉冲发生器产生脉冲信号。
5. 观测脉冲信号：利用示波器对脉冲信号进行观测和分析。
6. 记录实验数据：记录脉冲信号的特性和示波器的读数等数据。
7. 分析实验结果：根据实验数据，分析脉冲信号的特点和应用。
四、实验结果与分析在实验中，我们观测到脉冲信号具有高频、高幅度、短时长等特点。
通过改变脉冲参数，我们发现脉冲信号的特性会发生相应的变化。
例如，增大脉冲频率会使脉冲信号更加密集，而增大脉冲幅度会使脉冲信号的峰值增大。
脉冲技术在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在通信领域，脉冲技术可以用于数字调制和解调，实现高效率的数据传输。
在雷达系统中，脉冲技术可以用于目标探测和距离测量。
此外，脉冲技术还可以应用于医学影像、激光测距等领域。
脉冲技术的应用不仅仅局限于电子领域，还可以拓展到其他领域。
例如，在生物医学中，脉冲技术可以用于心脏起搏器和神经刺激器等医疗设备。
在工业控制中，脉冲技术可以用于精确控制和测量。
五、实验总结通过安徽脉冲实验，我们深入了解了脉冲信号的特性和应用。
脉冲技术作为一种重要的信号处理手段，在电子领域及其他领域都有广泛的应用前景。
在今后的学习和研究中，我们将进一步探索脉冲技术的应用，为科学技术的发展做出贡献。
脉冲信号参数测量仪的DSP设计
脉冲信号参数测量仪的DSP设计曾菊容【摘要】以TMS320F2812作为控制核心,待测脉冲信号由电阻分压后经过峰值检波电路,由TMS320F2812对其采样和处理得到其幅值,待测脉冲信号经过不同门限电平的比较器,将比较结果送TMS320F2812进行计数,从而得到脉冲信号的频率、占空比、上升时间和下降时间.该方案实现的脉冲信号参数测量仪具有成本低、便捷性强、精度高的特点.【期刊名称】《宜宾学院学报》【年(卷),期】2018(018)006【总页数】4页(P28-31)【关键词】脉冲信号;参数;测量仪;DSP【作者】曾菊容【作者单位】宜宾学院物理与电子工程学院,四川宜宾644007【正文语种】中文【中图分类】TN98脉冲信号参数测量指的是对脉冲信号的频率、幅度、占空比、上升时间和下降时间的测量.对脉冲信号参数的测量一般采用示波器或者逻辑分析仪，示波器价格高昂，体积大，启动需要一定时间；而逻辑分析仪又需配合电脑才能完成对脉冲信号的测量，这两种仪器都不方便携带.本文采用价格低廉的数字信号处理器TMS320F2812为主控芯片[1]，配以适当的外围电路加上相应的程序设计，构成了脉冲信号参数测量仪，其成本低、精度高、便于携带.1 脉冲信号参数测量仪的总体设计方案测量仪的总体设计方案如图1所示.主要由分压模块、峰值检波模块、比较器模块、TMS320F2812主控模块、A/D模块、D/A模块以及LCD12864显示模块组成.图1 脉冲信号参数测量仪总体设计框图待测脉冲信号进入测量仪后，首先经过一个分压模块，分压是为了测量更大幅值的脉冲信号，采用合适的分压比，使所分得电压值小于主控芯片的电源电压，主控芯片在处理数据时将测得的电压除以分压比就能得到实际电压.分压后的信号经峰值检测模块转换后送给TMS320F2812内置ADC模块进行采样量化，经TMS320F2812进行数据处理得到被测信号的幅值.同时分压后的信号又送入比较器模块，比较器模块根据测频率、占空比、上升时间、下降时间设置不同的门限电平，将待测脉冲信号整形为规则的矩形脉冲，再使用TMS320F2812芯片进行捕获.D/A模块是将测量的幅值送入到测量上升时间和下降时间的硬件系统中，取出幅值的10%到90%作为上升时间比较器的两个门限电平，当待测信号电压在经过幅值的10%到90%时，可由硬件电路产生一个可供测量的规则矩形脉冲，供TMS320F2812芯片进行捕获，从而测出上升时间，下降时间的测量也类似处理[2].测出的频率、幅值、占空比、上升时间和下降时间再由LCD2864显示出来，非常直观.2 主要模块的硬件设计2.1 峰值检波模块设计峰值检波模块使用芯片AD637实现.AD637是美国AD公司RMS-DC产品中精度最高、带宽最宽的交直流转换芯片[3].用AD637对待测信号进行整流滤波得到对应的直流信号，在经TMS320F2812内置的ADC对直流电压进行采样量化，从而得到被测信号的幅值.峰值检波模块电路原理图如图2所示.图2 峰值检波模块原理图2.2 比较器模块设计比较器是实现频率、占空比测量的重要辅助硬件部分，通过比较器可以将待测的脉冲信号进行整形，把高于芯片电源电压的信号降低到芯片可采集电压范围内，低于芯片电源电压的信号抬高到芯片可采集电压范围内，然后采用DSP芯片TMS320F2812在单位时间里对比较器整形输出脉冲信号进行计数，计数脉冲个数即为被测频率[4].占空比是指高电平占整个周期的百分比.即：占空比=脉冲宽度×频率，所以测出频率后只需测出脉冲宽度就能得到占空比.脉冲宽度的测量可以用数字信号处理器的边沿触发功能来测，当上升沿到来的时候开始计时，直到下降沿到来时停止计时，总共的计时时间就是脉冲宽度[5].脉冲信号上升时间是脉冲信号从脉冲幅值的10%上升到90%所经过的时间.设置比较器的门限电平，下门限电平为脉冲幅值的10%，上门限电平为脉冲幅值的90%，脉冲信号上升沿经过该比较器后变成一个脉冲信号（如图3所示）[6]，只需测出这个脉冲宽度就得到上升时间了，同理也可测试下降时间.设计中采用高速比较器TLV3501来实现比较器模块，其电路原理图如图4所示.2.3 D/A模块设计D/A模块是将幅值转换为测上升时间时比较器所需的两个门限电平，分别为脉冲幅度的10%和90%，设计中采用高速数模转换器TLV5619实现，TLV5619是12位单通道并行DAC，具有电压输出、低功耗和异步更新的特点，电路原理图如图5所示.3 脉冲参数测量仪的软件设计3.1 TMS320F2812片内资源分配TMS320F2812片上有各种强大外设可供用户使用，要实现可靠设计，应合理分配芯片资源.本设计的资源分配如表1所示，32位CPU定时器用来定时一秒和功能切换，捕获模块用于测量频率、占空比、上升时间和下降时间对整形脉冲上升沿和下降沿的捕获[1].图3 脉冲上升沿变脉冲示意图图4 比较器模块原理图表1 片内资源分配外设TIMER0（CPU定时器）捕获模块（CAP1）捕获模块（CAP1/2）捕获模块（CAP4/5）12位ADC模块分配任务模块功能切换频率测量捕获占空比测量捕获上升时间测量捕获幅值测量转换3.2 软件总流程图软件总流程图如图6所示，由TIMER0定时切换各个功能模块的运行，并且控制各个参数测量模块运行的时间.测量频率时，定时一秒，完成标准的一秒频率计数测量.测占空比时定时100 ms，在100 ms内可以完成多次占空比测量，将多次测量的占空比取算术平均值作为占空比的测试数据.测幅度时也定时100 ms，在100 ms内也可以完成多次ADC采样，将多次采样的数据取平均值，再转换为十进制数据即为测试幅值.测上升时间和下降时间也分别定时100 ms，同样把多次测量值取平均值得到上升时间和下降时间.由此可见，测量脉冲信号各参数的完整时间是1.4 s，还可以通过操作系统来改进，缩短延时时间.图6 软件总流程图4 脉冲信号参数测量仪的测试4.1 测试方案先将设计好的电路分模块进行仿真，确保功能符合要求，然后将编写好的程序通过相应软件进行编译调试，检查输出结果及工作时序是否符合要求，最后再进行软硬件联调，用高精度信号发生器（型号：MFG-3005）产生不同频率、占空比的脉冲信号作为被测信号，将测试结果与标准测试仪器（数字示波器和数字万用表）进行比较，验证设计的正确性.4.2 测试结果（1）测量脉冲信号频率.输入频率为10 Hz到2 MHz之间的几种脉冲信号，测出对应的频率数据如表2所示，由表可见，测量频率几乎没误差.表2 测量频率参数误差输入信号频率/Hz 10 1 000 500 k 2 M检测显示频率/Hz 10.0 1 000.0 500 k 2 M 0000（2）测量脉冲信号占空比.表3和表4分别给出了脉冲信号在低频段和高频段不同占空比参数的测量结果，由表可见，占空比为20%的时候测量误差较大，特别是频率较高的时候误差更大，这是由于频率越高，对芯片工作速度要求越高，所以误差越大.表3 低频段占空比参数测量输入信号频率10 Hz 100 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz误差1%000 0.75%输入信号占空比20%40%60%70%80%检测显示数据19.8%40.0%60%70%80.6%表4 高频段占空比参数测量误差11.4%2.5%0 0.71%9.62%输入信号频率10 kHz 100 kHz 500 kHz 1 MHz 2 MHz输入信号占空比20%40%60%70%80%检测显示数据22.8%41.0%60%69.5%72.3%（3）测量脉冲信号幅度.输入不同幅度的脉冲信号，测试结果如表5所示.由表可见，输入信号范围为0.5 V到10 V，误差小于0.8%.（4）测量脉冲信号上升时间.脉冲信号上升时间的测试结果如表6所示.由表可见，上升时间越长，测试误差越小.误差的产生主要是因为TMS320F2812的硬件性能最多只能精确到6.67 ns[1]，实际测量中发现由于引脚反应速度误差，加上中断响应时间和中断返回时间引起的软件误差导致在高频状态下的测量数据误差较大.表5 测量幅度参数输入信号幅度/V 检测显示幅度/V 误差0.5 3581 0 0.504 3.001 5.002 7.998 9.997 0.8%0.3%0.4%0.3%0.3%表6 测量上升时间参数输入上升时间/ns 1 000 5 000 10 000 50 000 100 000检测显示的上升时间/ns 1 590 5 812 10 412 50 025 100 002误差59.0%16.2%4.1%0.3%05 结语本文通过主控芯片TMS320F2812的程序设计和相应的外围电路实现了脉冲信号参数测量仪的设计，测量时只需要将待测脉冲信号与本测量仪连接，通上电即可在LCD上显示出被测脉冲信号的频率、幅度、占空比、上升时间和下降时间等参数，测量方法简单易操作，测量结果直观，测试精度高，测量仪造价低、便于携带.虽然该设计不能完全取代示波器等高精度测量仪器，但这也是脉冲信号参数测量仪的一个重要的成长和发展过程.参考文献：【相关文献】[1] 苏奎峰.TMS320X281xDSP原理及C程序开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.[2] 陆福敏.脉冲参数计量方法综述[J].上海计量测试,2008,35(2):2-7.[3] 陈仁伟,朱长青,岳夕彪.高准确度有效值转换电路的设计与实现[J].电子测量技术,2010,33(6):20-22.[4] 郭海青.电子计数法测频提高测量精度的分析[J].青海师范大学学报(自科版),2006(1):24-26.[5] 梁志国,孙璟宇.脉冲波形占空比的数字化测量及不确定度分析[J].计测技术,2004,24(2):21-24.[6] 张莉莉,刘明亮,朱江淼.基于信号重构和系统辨识的上升时间测量[J].电子测量技术,2006,29(6):57-59.。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛
2016年全国大学生电子设计竞赛脉冲信号参数测量仪（E题）【本科组】参赛学校：山东工商学院参赛队员：陈阳李新太张慧丽参赛编号：028E212016年7月28日1 / 13摘要由于现在时代的快速发展，越来越多的科技品用在日常生活中，满足了我们的需求，方便了我们的生产。
所以本文论述了脉冲信号参数测量仪的设计思路和过程.本设计是基于单片机STM mini 32的信号发生器及各种芯片和各个程序来设计和实现。
信号发生器基于芯片LM 311，TLV3501及外围电路设计的通过控制定时器中的捕获和分频电路可以改变频率。
对于占空比，是通过两个定时器，一个测频率周期，另一个测输入捕获。
对于幅度测量，只需求出峰值电路即可。
对于上升时间的测量，通过高速比较器来获得，最后我们用芯片AD9850又制作了一个矩形脉冲信号发生器。
本实验在误差允许的范围内具有可行性。
关键字：STM mini 32、LM311、TLV3501 ，AD9850。
AbstractThis article discusses the measuring instrument of pulse signal parameters designed idea and process. This design is based on single chip microcomputer STM mini 32 signal generator and frequency and amplitude measurement instrument design and implementation. Signal generator bases on chips and peripheral circuit design by controlling the timer in the capture and frequency division circuit can change the frequency. For duty ratio, it is through the two timers, a frequency measurement period, input capture another test. Circuit for amplitude measurement, which only needs a peak. For measuring rise time, getting through the high-speed comparator.Keywords: STM mini 32、LM311、TLV3501 ，AD9850。
E题脉冲信参数测量仪报告修订稿
E题脉冲信参数测量仪报告公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]脉冲信号参数测量仪摘要：本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，采用FPGA 与单片机相结合的方式制备出可测量脉冲信号频率、占空比、幅度、上升时间的测量仪以及标准脉冲信号发生器。
本设计由以下功能模块构成：前端信号处理模块、峰值检波模块、窗口比较器模块、幅值升压模块等。
利用FPGA 的强大处理能力，完成数字信号处理，并将处理后的信号送至单片机进行显示，设计中综合运用了电容去耦、滤波以及同轴电缆等抗干扰措施，减少了电路干扰。
在FPGA 内有等精度测频模块、占空比测量模块和上升时间测量模块、标准脉冲产生模块等。
显示与校准通过单片机完成。
关键词：峰值检波窗口比较器 脉冲参数测试仪 标准脉冲信号发生器一、系统方案1.方案论证与比较方案一：图1所示为中规模电路脉冲信号测量仪。
此方案采用中规模数字电路构成，主要由比较器、功能选择、量程选择、计数器和控制模块组成。
该方案电路复杂，频带过窄，功能不强，实现起来比较困难。
故不采用此方案。
图1小规模数字电路原理框图方案二：图2所示为纯单片机方案，该方案以单片机为核心。
门控信号由单片机内部计数定时器产生。
该方案成本低，但受单片机本身限制，其时序控制能力弱，处理速度慢，无法达到本次设计要求。
故不采用此方案。
图2 纯单片机方案原理框图方案三：图3所示为FPGA 与单片机相结合的方案。
此方案中，FPGA 构成主要测量模块，输入信号经过前端处理电路，得到5V 信号输入到FPGA 中。
单片机控制FPGA完成各种测量功能并显示测量数据。
该方案外围元件相对较少，对高速信号处理速度快，精度高，且控制灵活、可靠性高。
图3 FPGA与单片机结合方案原理框图综上所述，本设计拟采用方案三。
2.总体方案设计当进行频率测量时，脉冲信号进入前置分挡模块。
当信号较大时衰减，当信号较小时放大。
2016年TI杯大学生电子设计竞赛题E-脉冲信号参数测量仪V3
2016年TI杯大学生电子设计竞赛
E题：脉冲信号参数测量仪
1.任务
设计并制作一个数字显示的周期性矩形脉冲信号参数测量仪，其输入阻抗为50Ω。
同时设计并制作一个标准矩形脉冲信号发生器，作为测试仪的附加功能。
2.要求
（1）测量脉冲信号频率f O，频率范围为10Hz～2MHz，测量误差的绝对值不大于0.1%。
（15分）（2）测量脉冲信号占空比D，测量范围为10％～90％，测量误差的绝对值不大于2%。
（15分）（3）测量脉冲信号幅度V m，幅度范围为0.1～10V，测量误差的绝对值不大于2%。
（15分）（4）测量脉冲信号上升时间t r，测量范围为50.0～999ns，测量误差的绝对值不大于5%。
（15分）（5）提供一个标准矩形脉冲信号发生器，要求：（30分）
a)频率f O为1MHz，误差的绝对值不大于0.1%；
b)脉宽t w为100ns，误差的绝对值不大于1%；
c)幅度V m为5±0.1V（负载电阻为50 ）；
d)上升时间t r不大于30ns，过冲σ不大于5%。
（6）其他。
（10分）（7）设计报告。
（20分）
3.说明
（1）脉冲信号参数的定义如图1所示。
其中，上升时间t r是指输出电压从0.1V m上升到0.9V m所需要的时间；过冲σ是指脉冲峰值电压超过脉冲电压幅度V m的程度，其定义为×100%。
σ=ΔV m
V m
图1 脉冲信号参数的定义
（2）被测脉冲信号可采用基于DDS的任意波形信号发生器产生的信号。
竞赛设计报告E题脉冲信号特性分析仪
2016年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛脉冲信号参数测量仪（E）参赛学校：南京大学参赛编号： NJ100参赛队员：张彪、李少创、韦媛馨南京大学二○一六年七月二十八日摘要本作品基于对脉冲信号参数测量仪的设计，以Alter公司的Cyclone FPGA为控制核心，TI公司的单片机MSP430F5529为从机，由信号前置处理模块、双比较器比较模块、单片机采样输出与显示模块等组成，具有宽输入范围和精确度相对高的特点。
前级用电阻分压网路将信号进行固定3倍衰减，一路信号直接供单片机采样。
得到幅值参数，另一路信号经过由单片机控制的VCA810程控放大、OPA847固定7倍增益放大，可以在确保保护VCA810和不影响脉冲信号特性的情况下将任意0.1~10V幅值输入的脉冲信号统一调整到幅值3V，进而可以输给FPGA进行下一步的处理，得到频率、幅值和上升时间等参数。
最后用FPGA和THS3001芯片搭建标准脉冲信号发生器。
同时，系统具有绘制低频波形的能力。
经测量，本系统全部完成了基本要求，并完成了部分发挥功能。
关键字：脉冲信号、AD采样、DA控制、FPGAAbstractThis work is based on the pulse signal parameters measuring instrument designed to Alter's Cyclone FPGA to control the core, TI's MSP430F5529 microcontroller as a slave by the signal pre-processing module, a dual comparator comparison module, the microcontroller sample output and display module etc., having a wide input range and accuracy relatively high. Pre-resistor voltage divider network signal attenuation fixed three times, all the way to the direct signal microcontroller for sampling. Obtained amplitude parameters, the other way through VCA810 signal amplified by the programmable microprocessor controlled, OPA847 7 fixed gain of amplification, can ensure the protection of any of the 0.1 ~ 10V amplitude of the input pulse signal unity under VCA810 and without affecting the characteristics of the pulse signal to adjust the amplitude of 3V, in turn, can be lost FPGA further processing to obtain the frequency, amplitude and rise time and other parameters. Finally FPGA chip THS3001 and build a standard pulse signal generator. At the same time, the system has the ability to draw the low-frequency wave. After measuring, the system completed the basic requirements, and completed some function.Keywords:Pulse signal, AD sampling, DMA control, FPGA一、设计方案工作原理1、信号前级采集整形方案分析：由于输入信号幅值范围为0.1~10V，动态范围很大，既不能直接输给单片机采样，也不能直接输给FPGA进行特性分析，所以必须在信号前级加入采集处理装置，将波形整形到FPGA和单片机可以处理的幅值范围，又不能影响上升时间、占空比等参数，这是一个题目难点。
脉冲占空比测试仪制作_设计报告 精品
设计报告课题：脉冲占空比测试仪制作设计者：指导老师：日期：目录1．系统设计 (3)1.1设计要求 (3)1.1.1基本要求 (3)1.1.2发挥部分 (3)2.总体设计方案 (4)2.1设计思路 (4)2.2方案论证比较 (5)2.2.1锁相倍频产生的设计方案论证与选择 (5)2.2.2触发定时器设计方案论证与选择 (5)3．单元电路设计 (6)3.1.锁相倍频器 (6)3.1.1工作原理分析 (6)3.1.2电路参数计算 (7)3.2触发定时电路 (7)3.2.1工作原理分析 (7)3.2.2参数器件选取 (8)3.3计数储存电路 (8)3.3.1工作原理分析 (8)3.4译码驱动显示电路 (9)3.4.1工作原理分析 (9)3.4.2参数器件选取 (9)4.测试方法与数据 (10)4.1调试方法与问题 (10)4.1.1调试方法 (10)4.1.2调试的问题与解决方案 (10)4.2数据处理 (11)4.3数据测量图片记录 (11)4.3.1占空比测量 (12)4. 3.2 HCF4046相关波形记录 (14)4.3.3. 555定时器相关波形记录 (15)4.4 数据分析结果 (16)5．参考文献 (16)6.附录 (17)6.1芯片介绍 (17)6.1.1锁相环4046 (17)6.1.2计数器-74LS90 (18)6.2电路工作原理6.3电路PCB图 (20)6.4实物图正反面 (20)脉冲占空比测试仪摘要：介绍一种测量占空比方法，该电路主要由锁相环、100进制加法器、触发定时、锁存译码驱动和数码显示等组成。
由锁相环和100进制加法器组成倍频器，将倍频的脉冲经过另外一个100进制加法器统计正脉冲的频率个数储存在寄存器。
用触发定时器控制寄存器输出到译码器，再由译码器驱动数码管显示，显示的数据即为占空比。
该方法直接在电路上可以读出占空比，不必用专门仪器去测量。
关键词: 锁相环锁相倍频脉冲占空比1．系统设计1.1设计要求1.1.1基本要求（1）量程：0—99%，显示器最大显示数为 99（即99%），误差绝对值均小于1%；（2）分频率：1%；（3）被测信号频率范围：2Hz—5KHz；电源电压：+5V；（5）触发-定时电路的暂态时间由电阻R和电容C决定，其选值应保证数码管显示的读数不出现闪烁现象。
脉冲信号参数测试仪
脉冲信号参数测试仪
一、任务
设计制作一个脉冲信号测试仪，可以测量脉冲信号的幅值、频率、周期、占空比、上升和下降时间等参数。
二、要求
1.基本功能
（1）脉冲信号幅值范围为：0.2V P～5V P，测量精度≤±2%；
（2）脉冲信号频率范围为：1Hz～100KHz；频率测量精度≤±0.1%，周期测量精度≤±0.1% （3）占空比测量范围为：10％～90％，测量误差≤10％；
（4）比较电平设置范围：0.2V～5V，步进小于0.2V；
（5）上升时间和下降时间测量范围为1us～1ms，测量误差≤1us；
2.发挥部分
（1）脉冲信号频率范围为：1Hz～500KHz；频率测量精度≤±0.01%，周期测量精度≤±0.01%；（2）占空比测量范围为：5％～95％，测量误差≤5％；
（3）上升时间和下降时间测量范围为20ns～1ms，测量误差≤20ns；
（4）其它。
三、说明
1.脉冲信号为单极性信号，在测试过程中可以用三角波为被测脉冲信号；
2.未处理器建议选用TI公司芯片。
四、评分标准。
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E题脉冲信参数测量仪报告公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-脉冲信号参数测量仪摘要：本设计选用 FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，采用FPGA与单片机相结合的方式制备出可测量脉冲信号频率、占空比、幅度、上升时间的测量仪以及标准脉冲信号发生器。
本设计由以下功能模块构成：前端信号处理模块、峰值检波模块、窗口比较器模块、幅值升压模块等。
利用FPGA的强大处理能力，完成数字信号处理，并将处理后的信号送至单片机进行显示，设计中综合运用了电容去耦、滤波以及同轴电缆等抗干扰措施，减少了电路干扰。
在FPGA内有等精度测频模块、占空比测量模块和上升时间测量模块、标准脉冲产生模块等。
显示与校准通过单片机完成。
关键词：峰值检波窗口比较器脉冲参数测试仪标准脉冲信号发生器一、系统方案1.方案论证与比较方案一：图1所示为中规模电路脉冲信号测量仪。
此方案采用中规模数字电路构成，主要由比较器、功能选择、量程选择、计数器和控制模块组成。
该方案电路复杂，频带过窄，功能不强，实现起来比较困难。
故不采用此方案。
图1 小规模数字电路原理框图方案二：图2所示为纯单片机方案，该方案以单片机为核心。
门控信号由单片机内部计数定时器产生。
该方案成本低，但受单片机本身限制，其时序控制能力弱，处理速度慢，无法达到本次设计要求。
故不采用此方案。
图2 纯单片机方案原理框图方案三：图3所示为FPGA与单片机相结合的方案。
此方案中，FPGA 构成主要测量模块，输入信号经过前端处理电路，得到5V信号输入到FPGA中。
单片机控制FPGA完成各种测量功能并显示测量数据。
该方案外围元件相对较少，对高速信号处理速度快，精度高，且控制灵活、可靠性高。
图3 FPGA与单片机结合方案原理框图综上所述，本设计拟采用方案三。
2.总体方案设计当进行频率测量时，脉冲信号进入前置分挡模块。
当信号较大时衰减，当信号较小时放大。
在放大模块中，高频信号通过高速放大器，低频信号通过精密放大器，使输入波形均为幅值适中的脉冲，直接进入FPGA进行计算测量。
FPGA中，采用等精度测频方法进行测频和测占空比，利用基本上升时间测量模式进行两个信号的上升时间测量。
单片机完成数据读取及校准功能。
测量幅值时经过峰值检测并保持电路，再经单片机AD采集测出。
二、理论分析与计算1.频率测量方法本设计中的频率测量采用等精度测频法。
该方法是将标准频率信号与待测信号输入到两个计数器进行同步计数。
如图4所示，测量时单片机先预置闸门时间T,当闸门开启时，等待被测信号触发沿到来，计数器开始计数；预置闸门时间结束时，计数器并不立即停止而是等被测信号下一个同相位触发沿到来才关闭同步门并停止计数。
可见实际闸门时间是被测信号周期的整数倍，即与被测信号同步。
若被测信号与标准信号的计数值分别为N x 和N 0，则被测频率为:f x =N x /N 0×f 0 （1）若忽略标频f 0的误差，则等精度测频可能产生的相对误差为:η=(|f xe -f x |/f xe ) ×100% （2）式（2）中f xe 为被测信号频率的准确值。
在测量过程中，由于f x 计数的起止时间都是由该信号的上升测触发的，在闸门时间T 内对f x 的计数N x 无误差；对f 0的计数N s 最多相差一个数的误差，即|N s |≤1。
则理论误差： η≤1/(T×f 0)（3）由（3）式可以看出，测量频率的相对误差与被测信号频率的大小无关，仅与闸门时间和标准信号频率有关，从而实现被测频带内的等精度测量。
由于周期和频率互为倒数，因此可根据频率求出对应周期。
该方法使测量精度大幅度提高，测量原理框图如图4 所示。
图4 等精度测频法工作波形图2.占空比测量方法方案一：采用高速A/D进行采样，通过一定的算法得到上升时间、下降时间和占空比，该方案原理简单、但算法实现难度较高。
方案二：采用双路比较器电路，通过D/A输出脉冲幅度的50%测量占空比，实现简单、但硬件稳定度要求较高。
方案一对算法要求较高，不利于短时间调试；方案二的实现简单，只要硬件稳定，即可满足全部要求。
故采用方案二。
3.幅度测量方法方案一：采用运放加有源滤波电路测量幅值，该方案电路较为复杂，不适合本设计中使用。
方案二：采用峰值检波器进行幅值测量，该方案设计电路原理简单，在低频的幅频特性响应比较好，故采用方案二。
4.上升时间测量方法采用测量上升时间的类似方法便可以测出信号的脉宽和占空比。
信号首先由模拟开关控制是否对信号进行放大衰减或者跟随，适当的信号进入峰值检波器后由A/D采出信号的幅度。
后MCU输出信号幅度10% 和90%两个点的参考电压，当信号幅值到达这两个点时，高速比较器做出响应，只要读出两个比较器组成的脉宽时间便可以算出时间沿长短。
5.标准脉冲发生器产生方法根据脉冲波产生原理，在FPGA中设计脉冲发生器时，可提取出如下两个主要电路：定时器/计数器电路，输出比较电路。
定时/计数器采用循环递减的计数方式，计数器循环从设定的计数初始值递减到0，然后再回到计数初始值再次递减。
这样，只需要设定一个计数初始值，并确定计数时钟源频率，即可确定计数一个完整周期的时间，也即脉冲信号频率输出比较电路通过比较计数器实时计数值与比较寄存器中的设定值，来确定最终脉冲输出信号的电平状态。
这里，我们可以定义，当计数器计数值大于等于比较值时，脉冲输出端输出低电平，当计数值小于比较值时，脉冲输出端输出高电平。
三、电路与程序设计1.前端信号处理电路设计图5前端信号处理电路图采用运放与三极管作为驱动装置来驱动继电器，驱动的控制信号由STM32单片机提供。
高速运放OPA690把小信号进行放大处理，大信号衰减，为FPGA测量频率，占空比提供5V的脉冲。
小信号放大采用电流反馈型运放，带宽增益积高。
在运放的供电端做好滤波工作，尽量减少小信号被放大之后的振铃现象。
2.峰值检波器电路设计峰值检波器的精准度直接关系到时间沿和高频时脉宽测量的精度。
所以峰值检波器对占空比、频率、以及适当范围幅值的要求都比较高。
NE5532是高性能低噪声（双运放）集成电路。
图6峰值检波电路图3.比较器部分电路设计比较器的作用是为了检测出上升沿时段的宽度，所以响应速度有比较高的要求，我们的方案采用TLV3502（响应时间4.5ns）的高速比较器来实现这一功能。
图7比较器电路图4信号发生器幅值升压电路设计由FPGA产生的1MHz的标准方波幅值为3.3V，需要通过升压电路将幅值放大至题目要求的5V。
本电路采用的是具有禁用功能的宽带高速运算放大器OPA690，该芯片的带宽足够高，能够满足题目要求。
图8升压电路图5.标准脉冲信号产生原理图9 标准脉冲发生原理图6.FPGA模块设计图10为FPGA内部模块图，晶振产生50MHz内部时钟。
频率测量是将整形模块产生的信号送入等精度采样模块，通过频率采集模块计数后由cnt_ext与cnt_ref线送入单片机，通过公式f=(cnt_ext/cnt_ref)×f计算出频率从而得到对应的周期。
占空比测量模块类似频率测量，分ref挡计数送入单片机计算并显示结果。
上升时间测量通过上升时间测量模块采集外部两路输入信号进行处理。
在FPGA内部，占空比测量与上升时间测量被整合到FSM中，用另外的FSM完成与STM32之间的数据传输。
使用Pipeline技术，有效的提高了系统主频，使时序在高主频情况下仍收敛。
系统利用FPGA内部丰富的逻辑资源与强大的时序控制，配合单片机显示实现高速系统设计要求。
图10 FPGA内部模块图4.软件模块设计图11为系统软件流程图，开始程序后进行初始化，随后进入模式选择页面选择对应功能。
根据设计要求，划分了频率测量、时间差测量、占空比测量、校准四个功能。
选择对应功能进入对应结果显示界面，STM32单片机通过地址总线、数据总线及控制总线从FPGA获取数据进行周期、频率、占空比、上升时间计算。
然后在12684上显示对应的当前的测量结果。
图11 软件流程图四、测试方案与测试结果1.测试仪器(1)RIGOL DS1052 示波器(2)RIGOL DG1022 信号发生器(3)ATTEN APS3003S-3D 直流电源2.测试方法(1)频率测量：信号发生器输出有效值1V的脉冲，频率从10Hz～2MHz逐渐增加，记录显示结果，并计算测量相对误差。
提升幅度采用有效值为10V脉冲，重复以上过程，记录实验结果。
降低幅度采用有效值电压为100mV正弦信号观察频率10Hz～2MHz时显示屏上数据结果，记录并计算误差。
(2)脉冲信号占空比的测量：信号发生器输出幅值电压为100mV、频率为10Hz的脉冲,改变占空比10%～90%，记录测量结果并计算误差。
重复以上过程改变电压100mV～10V,频率10Hz～2MHz，记录结果并计算。
(3)脉冲信号幅度的测量：信号发生器输出频率为10Hz、占空比为10%的脉冲,改变幅值100mV～10V，记录测量结果并计算误差。
重复以上过程改变频率10Hz～2MHz、占空比10%～90%，记录结果并计算。
(4)上升时间测量：信号发生器输出两路频率、幅值电压都相同的脉冲信号。
开始时，频率100Hz，幅值设为50mV，改变两路信号上升时间50ns～999ns,记录显示屏显示结果并计算误差。
重复以上过程在要求的范围100mV～10V、10Hz～2MHz内改变频率与幅值，测定上升时间，计算误差。
3.测试结果及分析(1)表1 频率测量结果(幅值100mV)表2 频率测量结果（幅值1V)表3 频率测量结果（幅值10V)由上表1、2、3可知，频率的测量误差均小于10-3，超出设计所需精度要求。
并且当输入信号电压有效值为5mV时，仍可满足测量误差。
(2) 表4 脉冲信号占空比测量结果（幅值100mV)表5 脉冲信号占空比测量结果（幅值1V)表6 脉冲信号占空比测量结果（幅值10V)由表4、5、6数据可得，可很好的测量参数规定范围内脉冲信号的占空比。
测量误差在2%范围内，能满足设计要求。
(3) 表7 脉冲信号幅度测量结果（10%占空比)表8 脉冲信号幅度测量结果（50%占空比)表9 脉冲信号幅度测量结果（90%占空比)由表7、8数据可得，可很好的测量参数规定范围内脉冲信号的幅值。
测量误差在2%范围内，能满足设计要求。
（4）表10 上升时间测量结果（幅值100mV)表11 上升时间测量结果（幅值10V)由表10、11可知，当脉冲信号幅值在100mV～10V,频率在10Hz～2MHz时，在50ns～999ns的时间上升沿内测量误差绝对值不大于5%，满足设计要求。