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无线智能虚拟示波器的硬件设计

张文瀚  
【摘要】:电子行业日新月异并且保持蓬勃发展,其带动测试仪器设备不断改进,同时对测试仪器设备的需求也在不断提高。其中,提升性能指标是测试仪器的总体发展趋势,但日趋复杂的测试环境与特殊的测试对象对测试仪器的功能多样性也提出了新的要求。本文诣在研究数字存储示波器功能多样性拓展,以数字存储示波器采集架构为基础加入Wi-Fi无线数据交互通道以及基于虚拟仪器概念[1]的模块化设计,同时充分利用当今智能移动设备的高性能表现,通过移动智能设备实现本系统的显示、人机交互、数据计算等功能。从而改善示波器的人机交互体验,同时实现信号采集与人机交互的分离,提高系统便携性,进而达到在相对危险和复杂环境下信号测量的目的。本文结合“无线智能虚拟示波器”项目展开研究,主要内容包括:1、硬件系统小型化与低成本设计。从器件选型、应用电路搭建到印制电路板的布局与布线均围绕小型化和低成本需求。同时平衡设计需求与实现成本之间的冲突,合理地对系统成本进行控制。2、硬件系统低功耗设计。从系统工作状态划分入手,对系统功能模块进行供电控制,对处在非工作状态下的模块进行静默。同时,针对模数转换器与FPGA(field progarmable gate array)制定低功耗工作策略,从而最大限度地降低无用功耗并提升器件的工作效率。3、硬件系统模块化设计。其基于虚拟仪器概念,并通过对系统硬件进行功能模块划分同时定义模块接口形式来实现。模块化设计使整个系统更加灵活,即可通过模块更替实现功能特性以及性能参数的改变,也减小系统设计成本并提高硬件的可复用性。4、数据交互方式设计。本文对采集模块与通信模块之间数据交互设计进行了详细介绍。针对传输速率低和偶发传输错误的问题,提出一种定制通信总线时序,同时以有限状态机的模式实现读写状态的切换,从而改善上述问题。通过对无线智能虚拟示波器测试验证可知,其具有双通道250MSPS实时采样率,模拟带宽为100MHz,无线数据交互速率可达3.4MB/s。同时可以实现边沿触发、脉宽触发以及数字触发,在锂电池供电下可实现3小时正常工作。本文所研究内容可为便携类示波器提供一定设计参考。


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