STM32与FPGA控制的数字存储示波器设计

“本文档详细讲述了数字示波器的硬件设计和软件设计，性能比较好，以STM32和可编程逻辑器件（FPGA）为控制核心，由前级信号调理、触发电路、窗口限压、数据采集和存储、波形显示等模块构成。” 数字示波器是一种用于观察和分析电信号的电子设备，它通过捕捉和存储信号来提供对信号的详细分析，尤其在处理非重复性信号方面表现出色。相比于传统的模拟示波器，数字示波器在许多方面具有显著优势，如更高的精度、更快的数据处理速度以及更强大的分析能力。 本文档主要探讨了一种简易数字存储示波器的设计，该示波器采用STM32微控制器和可编程逻辑器件（Field-Programmable Gate Array，FPGA）作为核心控制系统。STM32是一款基于ARM Cortex-M内核的高性能微控制器，广泛应用于嵌入式系统设计，而FPGA则允许灵活的硬件配置，可以根据需求定制功能模块。 示波器的硬件结构包括多个关键模块： 1. **前级信号调理**：这个部分负责将输入的模拟信号转换为适合后续处理的形式，可能包括滤波、放大、衰减等操作。 2. **触发电路**：触发电路用于识别特定的信号特征或条件，触发示波器开始捕获数据，确保在正确的时间记录信号。 3. **窗口限压**：这部分确保示波器只记录在设定阈值范围内的信号，防止超出范围的信号导致系统过载。 4. **数据采集和存储**：高速ADC（Analog-to-Digital Converter）用于将模拟信号转换为数字信号，然后存储在内部存储器中，以便于后续分析和显示。 5. **波形显示**：数字处理后的信号会在显示屏上以图形形式呈现，提供直观的信号视图。 在软件设计上，文档强调了触发系统的优化，自动设置水平扫描速度（时间基）和垂直灵敏度（幅度），以及波形参数测量等功能。系统还增加了水平扫描档和垂直灵敏度档的扩展，实现了自动显示波形的能力，包括单次触发存储显示方式、锁存功能，以及即时存储和连续回放特定瞬时波形。 模块化设计方法的应用使得设计过程更加高效，同时使用了各种电子设计自动化（EDA）工具，如原理图捕获、逻辑综合和布局布线软件，以提高设计质量和简化调试过程。 这种简易数字存储示波器不仅满足了基本的示波器功能，还添加了一些实用特性，如自动设置和存储功能，提升了整体性能指标，具有广泛的应用前景，适用于各种行业的信号测试与分析。