1.1数字存储示波器概述
示波器是电子丈量中一种最常用的仪器，它能够直观的显现被测信号的时域信息。当时，数字示波器正逐渐代替模仿示波器成为干流的示波器产品。它在显现办法、数据处理、波形坚持和存储等方面都不同于模仿示波器。跟着大规划集成电路技能、信号剖析处理技能的开展，特别是在微型机估计引进到示波器后，示波器不管在规划、功用、功用、运用、操作仍是在毛病确诊上都取得了巨大的前进。
前期的模仿示波器一般由笔直偏转体系、水平偏转体系和显现电路等部分组成。它的缺点是只能观测周期信号。关于非周期性的单次瞬变信号的观测，用模仿示波器是十分困难的，有时乃至是不可能的。一起，模仿示波器还存在着一些无法战胜的缺点。例如，信号带宽遭到阴极射线管的约束而不可能太高，不能存储波形，预触发功用难以完结等等。而数字示波器的许多长处在近几年得到了敏捷开展。比如，调查低频信号时具有存储回忆功用，然后完结超低频扫描；运用数字滤波技能进行波形处理，精确观测原始信号波形；运用CPU或DSP的强壮的数据处理才能，进行参数剖析，进步测验速度和精度；远距离传输丈量的数据，同享数据，然后完结主动测验体系。数字示波器凭仗以上种种长处并跟着其价格的不断下降，正逐渐成为测验范畴的新宠。
现在来看，国外数字示波器仍然是商场上的干流产品。其间美国TEK公司的示波器一向处于领先地位，被国际公认为示波器的威望。近来TEK推出的TDS系列示波器具有共同的保证高信号保真度的获取结构，能够运用最先进的触发体系，供给快速瞬态信号或重复信号的多通道获取，并进行先进的波形处理然后送去显现。TDS2012示波器具有100MHz的带宽，1GS/s等效采样率，记载长度可达2.5K.除TEK公司外，安捷伦、力科也都是出产数字示波器的闻名厂家。他们所研发的产品各有各的优势。例如，力科公司的数字示波器不只能够主动测验32种参数，并且，它的存储长度很长，而长的存储深度能够供给高的分辨率。别的，力科独有的存储办理体系，合作其先进的峰值检测电路，使得整个波形在单一屏幕显现，即可即时找出毛刺及搅扰的地点，保证在任何扫描速度作业都能够坚持较高的采样率。
1.2数字存储示波器的原理与特色
数字存储示波器（DSO）依据取样定理，运用A/D转化技能和数字存储技能，能敏捷捕捉瞬变信号并长时刻保存。它首要对模仿信号进行高速采样取得相应的数据并存储，存储器中储存的采样数据送入数字信号处理器（DSP）进行相关的处理与运算，然后取得所需的各种信号参数。最终，它依据所得到的信号参数在液晶上重建信号波形，并可对被测信号进行实时的、瞬态的剖析，以便用户了解信号质量，快速精确地进行毛病的确诊。数字存储示波器不只能够观测周期性重复信号，并且也能够观测非周期的单次的或随机的信号。这是因为数字存储示波器能够选用实时采样。与传统的模仿示波器比较，数字存储示波器具有许多长处，首要表现在：
1.多通道单次信号捕获：一个DSO能够一起在多个通道上捕捉象电源开、关或毛病发生这样的单次瞬态事情。
2.波形处理：因为DSO内部运用一个微处理器，它能够在所取得的波形上完结起伏和时刻参数以及波形运算等功用，加上选件能够完结更杂乱的数学运算，如积分、倒数、指数、对数、均匀、数字滤波、极值、FFT等。
3.数据存储：DSO带有非易失性的波形存储器，它们能够供给与DSO兼容的存储卡或软盘。示波器也能够简单地与许多绘图仪和打印机相连来进行高质量的硬拷贝。
4.更多的触发功用：DSO也能够供给许多模仿示波器所没有的触发才能。例如：当毛病发生时，它能够触发并且能够调查引起毛病触发前的进程。
5.主动测验：数字存储示波器能够供给主动测验功用，简化了运用者的操作，使仪器具有智能化。
1.3数字存储示波表国内外的开展情况
手持式数字存储示波表是将台式或便携式数字存储示波器规划成掌上型、内置电池供电的办法，它不光彻底承继传统的数字存储示波器的一切丈量功用和技能功用，并且具有如下特色而备受商场欢迎：
●结构巩固，运转牢靠，携带方便，轻盈经用；
●数字电压表和示波表丈量功用，频谱剖析功用；
●习惯无电力电源的户外、移动场合、窄小场所的作业区运用
现在，高功用手持示波表技能上居领先地位的是美国Tektronix公司和FLUKE公司。FLUKE的手持示波器有两类：一类依据随机采样技能，典型产品有FLUKE123；另一类依据实时采样技能，其典型产品有：FLUKE190系列。上述产品尽管技能完结途径不同，但都将多种功用集合到一台手持式仪器中，一般都由信号调度、A/D转化器和高速存储单元组成，采样速率从20MSa/s到2.5GSa/s不等（FLUKE196为2.5GSa/s），通道数均为双通道，它们具有牢靠性高、功用强等特色，其间，FLUKE190系列具有必定的剖析功用。
Tektronix公司的高功用手持示波器产品均选用实时采样的办法完结，典型产品有THS700系列。带宽100MHz，采样率500MSa/S，具有示波器加万用表功用，其间THS720P还具有谐波剖析功用。
1.4数字存储示波表的首要功用方针
本课题规划的数字存储示波表为双信号通道，一个外触发通道，100MHz带宽，最大存储深度为25K，设有光标主动丈量功用，主动设置功用，峰值检测功用以及多种触发办法。
首要技能方针如下：
◆笔直分辨率：8bits
◆带宽fBW：双通道100MHz
◆笔直偏转系数：5mV/div—5V/div（1-2-5步进）
◆最大输入电压：40Vpp（1：1探头时）
◆上升/下降时刻：≤3.5ns
◆上冲≤5%输入阻抗：1MΩ
◆最大实时采样速率：100MSPS
◆最大等效采样速率：5GSPS
◆存储深度：25KB/CH
◆时基规划：5ns/div—5s/diV（1-2-5步进）
首要功用方针有：
◇光标丈量功用：用光标丈量幅值域参数和时域参数。
◇翻滚显现功用：在主动触发形式的慢时基档位下，屏幕处于翻滚显现办法，波形从屏幕的左端翻滚至右端。
◇存储回调功用：有菜单挑选存储区域将屏幕上显现的波形或参数存储起来，菜单挑选存储过的波形或参数回调出来。
◇反相功用：经过菜单挑选把屏幕波形的极性取反。
◇主动量程和时基：对任一不知道的信号，按示波器键盘上的“主动”键波形以恰当的时基和量程显现在屏幕上。
◇触发特性：有内部/外部，上升和下降触发，触发办法有主动，正常，和单次，具有预触发功用。
◇ACQUIRE办法：有采样，峰值检测和均匀三种捕捉办法；其间采样和峰值办法下用峰值显现，均匀次数可选4/16/32/64/128次。
◇解析度：240点×320点，其间：纵向8.0格×25点（每1个点为1个象素），横向10格×25点（每1个点为1个象素）。
1.5本文规划的使命
数字体系规划是本项意图一个重要组成部分，而数据收集体系规划是其间的中心环节。本体系的规划是依据DSP+FPGA结构，运用FPGA极端灵敏，可再编程的特色和DSP强壮的数据处理才能完结数据的收集，缓存，处理，显现。在LCD显现方面，咱们没选用一般的LCD操控器，而是运用FPGA丰厚的资源生成LCD显现逻辑操控电路，外有两片SRAM进行来回切换向LCD送去数据显现。本论文就将环绕数字体系的规划而打开，要点对数据收集体系的硬件结构以及LCD显现电路进行介绍。
第二章数字体系整体结构
本数字体系选用的是FPGA＋DSP结构。因为DSP和FPGA能够重复的实时更新程序和数字逻辑结构，所以这种结构具有很高的灵敏性。体系的整体框图如图2－1所示：
FPGA（现场可编程门阵列）芯片是一种特别的ASIC芯片，归于可编程逻辑器材，它是在PAL、GAL等逻辑器材的基础上开展起来的。同以往的PAL、GAL等比较较，FPGA规划比较大，适合于时序、组合等逻辑电路使用场合，它能够代替几十乃至上百块通用IC芯片。这样的FPGA芯片实际上便是一个子体系部件。这种芯片具有可编程性和完结计划简单改动的特色。因为芯片内部硬件衔接联系的描绘能够存放在磁盘、ROM、PROM或EPROM中，因此在可编程门阵列芯片及外围电路坚持不动的情况下，换一片存储器芯片，就能完结一种新功用。可编程逻辑器材是一种用户依据需求而自行结构逻辑功用的数字集成电路。它的根本规划办法是借助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描绘言语等办法，生成相应的方针文件，最终再由编程器和下载电缆，用方针器材来完结。这种运用器材逻辑结构、由用户装备来完结任何组合逻辑和时序逻辑功用的器材，开始被视为分立逻辑电路中和小规划%&&&&&%的代替物，跟着规划技能和制作工艺的完善，器材功用、集成度、作业频率等方针不断进步，FPGA的使用规划越来越广，现在它已成为数字AS%&&&&&%规划的干流。
如图2－1所示，本体系选用了两片FPGA.FPGA1选用ALTERA公司1K50系列的产品，它除了完结峰值检测、地址译码、触发、时基电路等功用外，并且因为体系选用了随机取样技能，所以核算触发脉冲到第一个取样脉冲时刻距离的随机展宽计数电路也做在了里边。一起，1K50内部有5KB的RAM.咱们将它做成了两片容量分别为2.5KB的FIFO.这样，不只节省了本钱，并且还进步了速度。FPGA2选用了ALTERA公司1K30系列的产品，它首要发生LCD所需的时序以及操控显现数据的传输，一起还完结硬件测频的功用。DSP咱们选用的是TI公司的TMS320VC5416.它是一种16位的定点DSP，选用了先进的增强型哈佛结构，片内共有8条总线（1条程序总线、3条数据存储器总线和4条地址总线）、专用硬件逻辑的CPU规划、片内存储器和在片外围电路等硬件，加上高度专业化的指令体系，使TMS320VC5416具有功耗小、高度并行等长处，能够满意实时处理的要求。它首要用来对收集进来的数据进行快速的处理、运算。
别的，FLASH用来存储DSP的程序代码、字库和一些需求保存的波形参数等；SRAM3用来保存DSP处理后的数据；SRAM1和SRAM2选用分时复用的办法来回切换读取SRAM3的数据，送到LCD显现。键盘操控与收集体系相对独立，所以咱们选用了型号为AT89C2051的MCU，对每个键操作编写仅有的代码，然后经过串口送至DSP，由DSP对不同的键操作做出相应的处理。
