摘要
数字存储示波器在仪器仪表领域中占有重要的地位，应用范围相当广泛，所以对示波器的研制有重要的理论和实际意义。本文针对数字存储示波器的设计进行了深入的研究，旨在研制出100MHz带宽的数字存储示波器。
从各个方面考虑，选用了DSP、FPGA和单片机的方案来设计整个系统。整个系统采用单通道的方式。信号进来首先经过前端的调节电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内，这里调节电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。调节后的信号再送到AD变换电路里面完成信号的数字化。然后把AD转换后的数据送到FPGA中，并把数据保存到FPGA中的FIFO中，FPGA中的电路主要包括有FIFO、触发系统、峰值检测、时基电路等。
由于本文采用FPGA，使得数字存储示波器的设计比较灵活，容易升级。可以根据自己的需要进行相关的改进，例如对外围电路做进一步地扩展。 关键词：DSP；FPGA；LCD；单片机；数字存储示波器
常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文
ABSTRACT
Digital storage oscilloscopes play an important role in the field of instrumentation，it has a wide range of applications，the development of the oscilloscope has a very important theoretical and practical significance．In this paper, we have do a lot of work to the design of digltal storage oscilloscope．The goal is aimed at the development of the repeat 100MHz bandwidth digital storage oscilloscope．
Considereing from various aspects，we select DSP,FPGA and microcontroller to design the whole system．The whole system is single channel．The signa that come in from the first front-end have been changed a fit voltage which put into a voltage signal AD．Front-end circmts here mainly are composed of by signal attenuation and signal amplifier circuit．After the front-end,the signals have changes the digital signal the by AD circuit．This data has been sent to FPGA，the data is saved to the FIFO in the FPGA．The main circuit in the FPGA，including FIFO，the trigger system， the peak detection circuit，time-ased circuit，and so on．
At the same time，the use of FPGA makes the design more flexible，and easier to upgrade，for example，it is possible to expand extemal circuit of oscilloscopes． KEY WORDS：DSP,FPGA，LCD ，microcontroller,digital storage oscilloscope
常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文
第1章 前言
示波器应用非常广泛，包括工业、军事、科研、教育领域都有很大的应用。本章主要对示波器的国内外发展现状和本文所做的研究工作做简要的介绍。
1.1数字存储示波器的发展概况
以前的数字示波器的屏幕更新速率慢，无实时采集能力。九十年代之后，示波器技术得到了飞速发展。比如HP公司推出的54600B系列数字示波器克服这个更新速率慢的问题。这样，输入信号变化，立即就可以看到显示的变化。例如Tektronix公司的TDS684A型4通道1GHz的数字示波器采用了获专利的数字实时取样技术，并增加了转换率触发和建立与保持触发功能。更新速度也更快。同时泰克公司宣布的DP04000数字荧光示波器，该系列示波器系列拥有350MHz--1GHz的带宽，率先提供了突破性的Wave Inspector技术。在2005年下半年推出几种新型数字存储示波器，其中600MHz和1GHz两种带宽的示波器采用了安捷伦最新一代MegaZoom专利技术，具有最深的存储器和最多的集成通道数以及业内领先的波形观察能力。目前一些国内厂商开始进军手持数字示波器这一高端领域。虽然，从市场需要来看，20MHz带宽的数字存储示波器产品在市场中占有很大的比例。一般20MHz的带宽可以满足很多人的需求。面对这样的行业需求，所以国内示波器生产企业把产品性能设定在20MHz带宽、100MSa／s采样率。采用双通道数据采集，一般是单色LCD显示。尽管我国国产示波器处于起步阶段。但是我国手持数字存储示波器的生产企业在其产品的研发过程中，除了有自己的独立研发中心外，同时也与国内高校进行资源整合，例如电子科技大学就通过与企业合作进行示波器的研发。通过与高校实验室的技术与科研的交流与合作，加强研发团队的科研水平，进一步提高产品的竞争力。
1.2本文所做的研究工作
DSP是16位的RISC处理器，高性能、低功耗是其显著特点。并被广泛应用于各种嵌入式领域。比如在雷达信号处理，数字图像处理方面等等。FPGA是复杂可编程逻辑器件，它具有速度快、稳定性高、设计灵活和价格低廉等许多优点。DSP和FPGA都是现在非常流行的，其性价比也是非常的高。也是两款技术非常成熟的芯片。本文所做的研究工作就是利用这两款芯片进行数字存储示波器的研究和设计。本文进行了底层硬件平台的研究设计、少量的软件驱动程序的设计和示波器的常用算法的研究工作。例如，根据设计便携式数字存储示波器的实际需要，采用了DSP+FPGA+单片机的设计方案；研究了高频电路的设计方法，独立完成了整个系统的硬件电路设计，并对其中的某些功能模块进行了调试，给出了部分调试报告；研究了FFT、滤波、插值算法。
本文的目的是采用FPGA+DSP+单片机来设计一个100M(重复带宽)的数字示波器。本设计中DC/100MHz的被测信号经过前端电路把信号调整到AD输入电
1
常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文
压的范围之内，经过AD转换变成数字信号，送到DSP中进行相关处理，之后通过DSP多缓冲串口送到单片机中，再由单片机把要显示的数据显示到LCD中的这么一个过程，去实现信号波形的检测。
本文已经完成了示波器硬件平台的搭建，对前端模拟电路的某些部分做了一下改进，触发电路部分抛弃了传统的模拟触发方式，采用了全数字化的触发方式。同时由于本文采用FPGA，使得数字存储示波器的设计较为灵活，容易升级，可以根据用户的需要实现电路的升级。在软件方面，由于示波器的软件量是非常庞大的。所以要想在很短的时间来完成它也是不可能的。本文只是完成了硬件平台的部分驱动程序。同时对示波器所要使用到的相关算法进行了相关的研究。
本课题是一个庞大的系统，其实践性很强，涉及知识非常多，受限于时间和个人的知识水平，尚存在以下不足之处需要以后加强。不足之处有：系统整体性能还有待进一步提高。包括示波器的带宽、存储深度，尤其是存储深度有待进一步提高，同时DSP的存储器容量也有待提高。整个系统LCD的更新速度有点慢，需要不断改进提高这个系统显示的更新速度。
2
常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文
第2章 示波器的工作原理
2.1 示波器的工作原理
了解示波器的工作原理是设计好示波器的第一步。示波器可以分为模拟示波器、数字存储示波器二类。下面对这两种示波器的工作原理作简要的介绍。 2.1.1模拟示波器的基本工作原理
模拟示波器工作方式是直接测量信号电压，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘电压。示波器屏幕通常是阴极射线管（CRT）。电子束投到荧幕的某处，屏幕后面总会有明亮的荧光物质。当电子束水平扫过显示器时，信号的电压是电子束发生上下偏转，跟踪波形直接反映到屏幕上。在屏幕同一位置电子束投射的频度越大，显示得也越亮。设置垂直标度（对伏特/ 格进行控制）后，衰减器能够减小信号的电压，而放大器可以增加信号电压。随后，信号直接到达CRT的垂直偏转板。电压作用于这些垂直偏转板，引起亮点在屏幕中移动。信号也经过触发系统，启动或触发水平扫描。水平扫描是水平系统亮点在屏幕中移动的行为。触发水平系统后，亮点以水平时基为基准，依照特定的时间间隔从左到右移动。许多快速移动的亮点融合到一起，形成实心的线条。
图2-1给出了模拟示波器的体系结构图。
图2-1模拟示波器体系结构图
2.2 数字(存储)示波器的工作原理
数字存储示波器不是将波形存储在示波管内的存储栅网上, 而是存在存储
3