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虚拟示波器的设计与实现

陶登攀  
【摘要】:虚拟仪器是电子技术和计算机技术发展结合的产物,它主要是由数据采集硬件电路、计算机、应用软件以及一种通信接口方式组成。外部信号的采集工作由仪器的数据采集系统硬件电路完成,然后将采集到的数据通过一种通信接口传送到计算机软件中,最后通过软件编程完成对外部信号相关性能参数的测量、显示等功能。论文介绍了虚拟示波硬件电路和软件的设计,虚拟示波器作为虚拟仪器的一种具体应用,因此从虚拟示波器的组成构成来看,主体由两个部分构成:负责数据采集的硬件电路模块和负责数据处理的计算机软件。通过下位机硬件电路和上位机软件相配合,虚拟示波器不仅能够实现传统示波器的功能,而且还能够通过软件实现诸如功率谱、频谱分析、波形存储等新功能,因此使虚拟示波器在科研教学和实际工作中具有更大的实际意义。课题主要讨论对虚拟示波器下位机硬件电路的设计,包括信号调理、模数转换、单片机控制电路、时钟振荡电路、FPGA控制模块以及连接计算机和数据采集系统的桥梁USB通信模块等。并对上位机软件的主界面、基本的操作和部分软件功能对话框进行了介绍和描述。 论文首先介绍了虚拟仪器技术及其国内外发展现状,分析本课题研究的价值意义,表明虚拟仪器是未来测量技术的发展趋势;第二部分主要介绍传统示波器和虚拟示波器的性能优点、工作原理以及虚拟示波器和传统示波器的对比,从中可以了解到虚拟示波器的诸多优点;第三部分主要介绍了系统的总体设计方案以及FPGA技术应用到虚拟示波器设计的优点,再对在本次设计中主要使用到的芯片的介绍;第四部分主要介绍虚拟示波器下位机数据采集系统的设计,包括模高速AD转换电路设计、高频振荡时钟电路设计、FPGA逻辑控制设计、频率测量模块设计以及USB通信模块的设计;第五部分对上位机控制面板软件的设计进行介绍;第六部分是对课题设计的功能模块进行了测试和仿真,测试结果能够达到设计的预期要求。最后一部分对本次课题设计进行了总结和展望。 在整个虚拟示波器的设计研究中,作者的主要任务是参与基于高速数据采集系统的设计和基于单片机控制的数据传输方案设计,即计算机软件与数据采集硬件系统通信的方案设计,以及计算机软件模块设计等内容。


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