基于FPGA的数字存储示波器设计

"数字示波器是一种用于检测和分析电信号的电子设备，它通过将模拟信号转换为数字数据来显示波形。本方案详细介绍了如何构建一个数字示波器，利用高速运算放大器和模拟开关增强信号处理能力，以及FPGA在信号采集和处理中的应用。" 本方案的核心是采用高速运算放大器LM6172和模拟开关74HC4053构建程控放大器，用于放大测量信号。高速运算放大器具有高增益、快速响应和低噪声特性，适合处理高速电信号。74HC4053是一种多路模拟开关，可以灵活控制信号路径，根据需要调整放大倍数。 Actel公司的Fusion系列FPGA ASF600集成有片上ADC（模数转换器），能够将模拟信号转换为数字信号。由于FPGA的灵活性，系统实现了实时采样和等效采样技术，使得低速ADC也能捕获高速信号，这极大地扩展了示波器的适用范围。实时采样确保了连续获取信号的精确度，而等效采样则通过特定的采样间隔和保持时间，模拟高速采样效果，从而降低成本而不牺牲性能。 硬件设计部分包括了程控放大器、采样保持电路、触发电路和等精度频率计等多个关键组件。程控放大器根据输入信号的幅度进行动态调整，确保信号在ADC的输入范围内。采样保持电路保证了在ADC转换期间信号值的稳定，避免失真。触发电路负责识别信号的触发点，启动采样过程。等精度频率计用于精确测量信号的频率。 软件设计部分未详细展开，但通常会涉及到用户界面设计、信号处理算法实现以及与硬件的通信协议。这些软件功能使得用户能够方便地设置参数、观察和分析波形。 系统测试部分展示了使用的测试仪器、设备照片、性能指标测试和结果分析。测试结果验证了系统的可行性、稳定性和准确性。通过移植51单片机的IP核，硬件设计简化，降低了制作难度，提升了整体性能。 这个数字示波器方案结合了高性能的硬件组件和智能的信号处理技术，实现了小巧便携、用户友好的显示界面，并充分利用了FPGA的模数混合优势，为电子工程师提供了一种高效且经济的信号测量工具。