金华职业技术学院毕业教学环节课题
开题报告
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学生姓名张丽平专业/班级通信041联系电话137********课题名称基于FPGA的简易数字存储示波器
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
开题
报告
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:一、本课题意义示波器是电子测量中一种最常用的仪器，它是一种可以用来观察、测量、记录各种瞬时物理现象，并以波形方式显示其与时间关系的电子仪器。示波器直观的显示效果有助于对被测对象的深入理解，所以它得到了广泛的应用，目前人们己将它作为最重要的测试工具之一。典型的示波器产生一个二维或者三维的波形，输入端接收的电压信号显示在Y轴方向上，而时间参数则显示在X轴方向上。传统的示波器是模拟的，用CRT作为显示器件。在电子枪内形成电子束，经过加速、聚焦，然后打在荧屏上，使受撞的点发出可见光。模拟示波器的缺点是只能观测周期信号。对于非周期性的单次瞬变信号的观测，用模拟示波器是非常困难的，有时甚至是不可能的。为了将各种信号无失真地显示并存储，就必须采用数字技术，这也是数字示波器的基本思想。数字存储示波器是随着模一数转换器(ADC)的发展而趋于实用化的示波器。ADC把输入示波器地电压瞬时值转换为对应数字值，并保存在数字示波器中。采集完成后，从数字示波器中取出这一系列数字，经过适当处理后再现电压对时间的波形。由于数字存储示波器与计算机技术的紧密结合，使其发展非常迅速，目前己成为示波器市场上的主流产品，并会逐渐地完全取代模拟示波器。数字存储示波器是利用A/D转换把被测模拟信号变为数字信号，然后存入存储器中，需要显示的时候，将存储器中存储的内容调出，通过相应的D/A转换恢复为模拟信号显示。本文设计的数字存储示波器主要应用于实验教学中。在实验教学中示波器有非常重要的作用。二、本课题的设计内容1、设计内容：完成简易数字存储示波器的设计（1）仪器具有单次触发存储显示方式，即每按动一次“单次触发”键，仪器在满足触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储，然后连续显示。（2）垂直分辨率大于或等于32点/div，水平分辨率大于或等于20点/div。设示波器显示水平刻度为10div，垂直刻度为8div。（3）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发。（4）观测波形无明显失真。2、设计要求要求用VHDL语言编程实现，采用MAXPLUSII软件仿真，并把程序下载到EDA实验系统中进行硬件测试。3、设计目的掌握数字存储示波器原理；掌握数字存储示波器的设计
方法
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；掌握PLD的层次化设计方法；掌握使用VHDL语言的设计思想。熟练掌握MAXPLUSII软件的使用。三、设计原理与基本
方案
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数字存储示波器的工作原理是，在时基电路控制下对输入信号按一定时一间间隔采样，通过模数转换器量化后，以二进制码的形式将波形数据在快速存储器中循环存储，经触发功能电路进行条件判定、触发，结束采集过程，再以数字或模拟方式进行显示，重现波形。图1所示是数字示波器的原理框图。图1设计原理框图本论文所设计的数字存储示波器的触发方式为内触发存储显示方式(单次)和连续触发存储显示方式及水平扩展显示(扩展1信，即存储深度增加1信)，在信号上升沿产生触发，触发电平可以调节。数字存储示波器的原理框图如图2所示。从图中看输入为被测信号A和B;输出为X,Y信号分别作用于通用示波器的X,Y输入端。该系统的特点是显示部分借用通用示波器的显示系统，在具体使用的时候不对通用示波器作调整。1、模数转换模数转换器（ADC）将经过放大、衰减或添加一定的直流偏置后的被测模拟信号量化成二进制格式的数据存放到采集存储器中。A/D转换器对输入信号的分辨率取决图2 数字示波器设计框图于数字化后的数据位数，较长的数据位数可增加转换的精确度但同时也会增加示波器的成本。A/D转换器的转换码最大值一般是2的整数次方，通常我们把具有2n个转换码的A/D转换器成为n位A/D转换器，其最细的分辨率是该A/D转换器转换码最大值的倒数，即2-n。2、采集存储器RAM采集存储器以循环的方式存储由A/D转换器送来的采样数据，所谓循环存储就是将存储器的各存储单元按串行方式依次寻址，且首尾相接形成一个环状结构，每次采样数据的存储都按顺序依次进行，当所有单元都存满后，下一轮新的采样数据将覆盖旧的数据，这样存储器中将总是存放最新的采样数据。使用这样的存储方式就可以用有限的存储空间存取被测波形中最有用的数据。3、控制单元控制单元要承担多项任务，首先要产生采集存储器的读写逻辑，控制采集数据存入采集存储器或从采集存储器读出数据。其次要控制时-基电路产生存储数据所需要的不同频率的时钟。还要通过读回读写采集状态来控制整个采集过程。最后，控制单元要产生与外围设备的握手信号来控制外设与数字示波器的数据交换。4、时-基电路时-基电路用来产生各功能模块的工作时一钟和同步时一钟，另外它内部的状态机的值会反映出当前的采集的状态，这个状态将提供给控制单儿用以完成其对采集过程的控制。5、触发电路触发电路用来产生周期与被测信号有关的触发脉冲，当输入信号幅度达到触发电平值时一系统开始采集数据，但是从触发发生到下一次采样有一个延时一△t，△t的值随机的分布在0到采样周期T之间。当采集到若干组数据时一根据△t的值按从大到小顺序摆放各组数据就可以重建输入周期信号的波形。为了在每一次采样过程中精确的测量这个延时，通常要在系统中添加内插电路。四、预计遇到的困难及解决措施由于在这做毕业设计期间，要上课，同时也面临着就业问题，这样会使得花在毕业设计上的时间相对减少，影响毕业设计质量。再者，由于对VHDL语言的不熟悉，会使得编程有一定的难度。而且在学习期间未能好好的掌握EDA技术，这样也相对的对毕业设计增加了难度。如此一来，我就必须合理安排我的时间，重新温习EDA技术，认真学习VHDL语言。在提高程序编写的正确性的同时充分考虑硬件系统的特性，使得程序能充分和硬件配合。五、本课题拟进展情况工作计划第1～4周：毕业设计选题第5～8周：查阅文献，完成资料的搜集与整理，完成毕业设计开题报告第9～12周完成底层模块的设计与仿真第13~16周完成顶层模块的设计与仿真，完成硬件测试第17~18周完成论文，准备毕业答辩开题理由：数字存储示波器是测量瞬变信号的有效仪器设备，但价格昂贵。本系统的主要设计思想是将被测信号进行数字存储并由通用示波器将被测信号显示出来，通用示波器的作用主要是进行波形显示而不对其进行操作和调整。实际上就是对通用示波器进行改造，从而实现数字存储的功能。改造后的示波器主要用于实验教学。这样既可以实现数字存储示波器的功能又不会增加太多的资金投入。本设计采用FPGA做主控芯片，可方便地实现信号处理与存储功能，而且易于用户重新编程定义、扩展功能。把该装置输出信号与普通示波器连接，便使普通示波器具有了波形数字存储的功能，构成一台简易数字存储示波器。同时，本课题在设计过程中，以EDA软件为开发工具，采用硬件描述语言，以可编程逻辑器件为实验载体，实现了硬件设计软件化，提高了系统设计效率，并降低了设计成本。申请人签字：年 月 日指导教师审定意见：指导教师签字：年 月 日专业组审核意见：专业负责人签字：年 月 日
浙公网安备 33021202002483