多功能虚拟示波器模块的硬件设计与实现

发布时间：2020-10-24 17:20

　　近年来,随着被测系统越来越复杂,传统示波器的性能和功能已经很难满足现代电子测量的要求。国内外示波器厂商大多依靠不断提高性能指标来保持竞争力,但相应地也会增加研发成本,同时日益复杂的测试环境和特殊的测试对象也对示波器的功能多样性提出了更高的要求。全文旨在研究传统数字示波器的功能多样性拓展,基于虚拟仪器技术以数字示波器架构为基础,设计实现采集系统与人机交互的分离,充分利用当今生活中普遍的Wi-Fi和USB,计算机和移动终端资源,将波形的处理显示放到终端设备中实现,降低仪器成本的同时极大地提高仪器使用的灵活性。同时通过改进硬件电路及增加工程代码,实现波形发生器、频率计等仪器功能。全文以多功能虚拟示波器项目为基础,重点从以下几个方面展开讨论:1、系统整体架构方案设计。结合小型化、低成本、低功耗、高灵活性的设计需求,通过关键器件选型分析,基于传统示波器架构方案确定了本系统“FPGA+ARM”的总体控制结构,并依据功能的不同将系统分成多个独立模块。2、数据采集系统设计。数据采集系统的设计包括采样电路的设计、数据预处理与缓存的设计以及相关控制模块的设计。采样电路主要完成信号的模数转换;数据预处理与缓存主要用来完成采样数据的抽点、拼合以及存储;控制模块可以实现通道控制、触发和时基等功能。3、任意波形发生器设计。为增加系统使用的多样性和灵活性,通过拓展硬件电路及修改程序代码,沿用“ARM+FPGA”的波形合成控制结构设计实现任意波形发生器功能。最终可实现多种波形输出且频率切换快速稳定。4、电池电源管理。根据系统供电需求,设计电池管理电路以及高效率的电压转换电路。电池管理电路以充电芯片为核心实现对锂电池的充电控制,同时对电池电量进行实时监测显示;高效率的电压转换电路结合系统上电顺序和电源开关控制完成为负载供电的多路直流电压转换。5、系统功耗动态管理设计。从整机功耗构成的计算和分析出发,依据系统工作状态的不同,利用软硬件控制并实现系统各模块的功耗动态管理。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM935.3
【部分图文】：

多功能虚拟示波器模块的硬件设计与实现