200MSPS虚拟示波器的软件模块设计

发布时间：2020-06-03 16:58

【摘要】：传统的台式示波器一般体积都较大,不便于用户随身携带,而且价格一般不便宜,对于以个人研发为代表的对价格敏感的群体不太友好,并且不能很好的适应复杂测试环境的场合,比如测试者需要和被测信号的接入端保持一定距离时。因此,作为数字示波器发展的一个新方向,虚拟示波器因其小型化、模块化和低成本等特点吸引了越来越多的关注。本课题中的200MSPS虚拟示波器,去除了键盘,显示屏等硬件设备。同时充分利用生活中的Wi-Fi和USB,PC和移动终端资源,将人机操作的界面端和数据采集系统分开,将波形处理和显示的功能交由用户的终端设备去实现,。本文先简单介绍了国内外虚拟示波器领域的情况,再介绍了仪器的硬件原理,然后对仪器端和终端的软件功能需求进行了分析并设计了总体方案,主要针对以下几个部分来详细介绍设计与实现情况:(1)上位机的仪器驱动程序。这部分包括了触发通道、水平通道和垂直通道三大功能模块的设计,时基档位和垂直灵敏度的自动设置算法的设计,同时还包括对仪器端的任意波发生器功能模块的驱动程序。(2)上位机和ARM通讯的程序。通讯方式为USB接口和WiFi两种,程序包括上位机端的通讯程序和仪器端的通讯程序这两部分,设计到数据包和指令的设计,指令的发送、接收和执行等过程的设计,以及TCP通讯的非阻塞设计等。(3)上位机的界面设计和按钮控制的设计。界面设计包括多种布局的组合使用,菜单设计中用到了循环结构,按钮控制是针对特殊按钮进行控制逻辑的设计,同时在停止状态下对波形控制的软件设计。(4)ARM与FPGA的通讯程序。这部分包括并行总线的设计,数据读写的设计以及数据重整合处理的设计等。最后基于实验室现有硬件平台,对软件进行调试,并对主要功能进行测试。结果显示,USB接口和Wi-Fi方式都能实现数据通讯功能,界面和菜单的显示符合设计,驱动程序的自动设置功能工作正常,特殊按钮的控制功能工作正常,ARM与FPGA的数据传输,任意波形发生器功能也都表现正常。
【图文】：

波形,虚拟示波器,产品图

与被测信号源较远的距离，使用者更灵活，题的研究显得很有意义。现状示波器领域中，行业主要的一些巨头企业由础比较稳固，，研究实力也很强劲，推出过很多功能也在一直创新和发展。曾研发一款型号是 U2701A 的虚拟示波器产总线实现的。在仪器端实现了波形信号的采行在 Windows 系统上的设备，作为操作平台个虚拟仪器的平台上既可以向用户呈现显示仪器指标有着 1GSPS 的采样率和 100MHz 的自动测量，先进触发和数学运算功能，同时M)捆绑软件[7]，这样更方便有效地来进行测：

波形,虚拟示波器,产品图

2014 年深圳麦科信公司推出的虚拟示波器——tBook 系列平板示波器，器的终端平台是运行在 Windows 系统上，覆盖了 70M~1GHz 的带宽范围，实样率高达 5GSa/s。在上位机软件功能上，波形显示模块的界面设置的是 1024高分辨率，支持 256 级波形灰度显示，同时有着最高 50 万次/秒的波形捕获90Mpts 超长存储深度。但是该款示波器不同的地方是它的集成情况，它把数集等硬件电路模块和平板电脑终端集成在一起。由于捆绑了一个平板电脑，成本要比一般的将仪器端和终端分离的虚拟示波器产品更高，售价也相应更高青岛汉泰公司的虚拟示波器在国内的地位名列前茅，其研发的 IDSO 产品前的旗舰产品，下图 1-2 是从汉泰企业的官网上面产品文档所找，通讯软件上具备了无线Wi-Fi 通讯传输和USB串口通讯。它的终端软件除了可运行在PC还可以在手机和平板电脑等移动设备上，波形分析等软件功能上也比较齐全两个信号输入通道，单通道实时采样率达到 200MSPS，模拟带宽达到 70MH使用群体主要是出差人士，但是如果能利用硬件和软件上的研发，将成本控更低，同时保证体积小型化，低功耗化，在市场上能覆盖到更多使用群体，生等，因此本设计的研究对虚拟示波器的产品化发展具有积极的意义。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM935.3

【参考文献】