本题设计一个数字存储示波器，以Xilinx公司20万门FPGA芯片为核心，辅以必要的外围电路（包括信号调理、采样保持、内部触发、A/D转换、D/A转换和I/O模块），利用VHDL语言编程，实现了任意波形的单次触发、连续触发和存储回放功能，并按要求进行了垂直灵敏度和扫描速度的挡位设置。信号采集时，将外部输入信号经信号调理模块调节到A/D电路输入范围，经A/D转换后送入FPGA内部的双口RAM进行高速缓存，并将结果通过D/A转换送给通用示波器进行显示，完成了对中、低频信号的实时采样和高频信号的等效采样和数据存储回放。经测试，系统整体指标良好，垂直灵敏度和扫描速度等各项指标均达到设计要求。 【数字示波器设计原理与实现】 数字示波器是一种广泛应用在电子工程领域的测试设备，它能够捕获、存储和分析各种电气信号。本设计基于2007年的获奖项目，采用Xilinx公司的20万门FPGA芯片，构建了一个数字存储示波器，能够实现对中、低频及高频信号的实时采样、等效采样和存储回放功能。 **核心设计** 该示波器的核心是FPGA（Field-Programmable Gate Array），它是一个可编程逻辑器件，通过VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）编程，能够实现复杂的逻辑功能。FPGA内部包含了信号调理、采样保持、触发、A/D转换、D/A转换以及I/O模块。这些组件协同工作，确保示波器能够准确地捕捉和显示输入信号。 **信号处理** 输入信号首先经过信号调理电路调整到适合A/D转换器的输入范围。A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，这些数字信号存储在FPGA内部的双口RAM中，以实现高速缓存。随后，通过D/A转换器将数据转换回模拟信号，供通用示波器显示。设计中考虑了垂直灵敏度和扫描速度的多挡位设置，以适应不同频率和幅度的信号。 **采样策略** 对于不同频率的信号，设计采用了实时采样和等效采样的组合策略。实时采样适用于中、低频信号，要求采样频率高于信号最高频率的两倍，以符合奈奎斯特定理。而等效采样则在高频信号中发挥作用，通过连续采样多个周期来再现信号，允许采样速率低于信号频率。 **垂直灵敏度** 垂直灵敏度有三挡：1V/div、0.1V/div、2mV/div，对应的A/D转换器输入信号电压范围分别为8V、0.8V和16mV。设计中通过程控放大器实现增益的动态调整，覆盖从5倍到250倍的增益范围，解决了大跨度增益调节的挑战。 **扫描速度** 扫描速度的设定取决于A/D转换速率和被测信号的频率。对于实时采样，扫描速度需保证每周期采20个点以完整显示信号波形；对于等效采样，至少每20个周期采样一次，以满足200 MSa/s的等效采样速率要求。 **系统评价** 系统整体表现出色，垂直灵敏度和扫描速度等关键指标均达到设计标准。FPGA的高速性能和可编程性使得该示波器具有较高的稳定性和可靠性，同时简化了外围硬件设计，降低了开发难度。 通过以上分析，我们可以看出，数字示波器的设计融合了信号处理、数字逻辑、存储技术和接口控制等多个方面的知识，是现代电子测量技术的重要体现。这款基于FPGA的示波器展示了高度集成和灵活性，为后续的示波器设计提供了有价值的参考。

1、顺序等效采样方式 顺序等效采样要求：每次触发在每个周期波形上只采样一点，且每次延迟一个已知的△t 时间。 顺序采样能以低的采样速度获得高的被测信号带宽。 三、等效采样方式及实现

南京邮电大学数字示波器.物理实验报告.pdf

自己动手做示波器，附有原理图，PCB以及源代码

1. 工作原理简述 图 1 为该示波器的原理框图。 输入信号经耦合电路后经过由衰减器、 放大器和选择开关组成的模拟信号通道处理后， 送到 A/D 转换器变成数字信号， 再由处理器转换成适当的波形由 LCD 显示出来。 模拟通道的作用主要是调节信号的大小， 以便适合屏幕显示。 2. 操作说明 该示波器的使用并不复杂， 操作上与专业的示波器没有什么不同， 使用时， 只要将电源插上就可以开始了 。 当用按键调节参数时， 先选择要调节的参数， 这时屏幕上的亮块会移到相应的参数指示， 然后用 [ + ]和[ - ]键作调节。 下面着重说明各开关和按键的功能（ 见上图）。 耦合选择开关: 该开关选择信号的耦合方式。 为什么要选择耦合方式呢？ 这是因为有时候被测信号是交流直流混合的，如果我们只想观察它的交流成分的话（ 特别是在直流成分大交流成分小的时候）， 我们可以采用交流耦合，即让信号通过一个电容器， 隔断直流成分， 这样我们就可以只观察交流。 衰减选择和倍率选择开关: 这两个开关经常是配合使用的， 其作用是调节送到 A/D 转换器的信号的幅度， 因为如果信号幅度太大会超过屏幕的范围， 太小观察起来误差比较大， 所以要根据信号情况选择适当的幅度。 衰减开关选择衰减比， 可以是 1 或 1/10， 对应的刻度分别是 0.1V 和 1V。 倍率开关实际也是改变衰减比， 它可以选择 1 、 1/2和 1/5， 分别对应于倍率 1 、 2 和 5， 因为当一个信号被衰减了 N 倍， 那么屏幕上纵坐标的一格所对应信号幅度就扩大了 N 倍。 两个开关的组合决定了整个模拟通道的总放大倍数， 对应的刻度范围是 0.1V、 0.2V、0.5V、 1V、 2V 和 5V。 SEC/DIV（ 时基） 该参数决定屏幕上水平方向的一格长度所代表的时间长短。 例如， 如果你选的时基是 5ms， 那么就意味着水平方向一格代表 5ms， 假如你观察的信号是 50Hz 的交流信号， 那么你会看到信号一个周期的长度是4 格， 既 20ms。 V.POS（ 垂直位置） 该参数用于调整波形在屏幕上垂直方向的高低， 屏幕左侧边沿有一个小三角形， 它对应着 0V 电平的位置。 H.POS（ 水平位置） 该参数用于改变波形的水平位置， 既将波形在水平方向前后移。 采集到的波形是有一定长度的， 而屏幕上只是显示出来它的一部分， 通过改变这个参数就可以观察其他部分。 在屏幕下方有屏幕窗口位置指示，两端竖线之间的区间代表波形区的长度， 内部短线代表当前显示的部分。 MODE（ 触发模式） 这个参数用于改变示波器波形采集的模式， 分别可以选自动（ AUTO）、 常规（ NORM） 和单次（ SING），有关这些触发方式的含义和使用方法请参阅附件相关资料。 SLOPE（ 触发边沿） 该参数用于选择产生触发的边沿。 LEVEL（ 触发电平） 该参数改变触发电平的高低， 其大小在屏幕右侧边沿的小三角形指示。 OK 在示波器模式下， 该键的作用是冻结或解冻波形， 如果长按此键（ 按下保持 2 秒以上）， 则仪器切换到 频率计模式。 在频率计模式下， 长按此键切换回示波器模式。 3. 注意事项 1) 不要用该示波器直接测量市电。 2) 输入被测信号的峰峰值不要超过 50V。 3) 电源电压不要超过 16V。 4. 指 标 示波器: ●最高实时取样率: 2M点/秒， 精度8Bit ●模拟频带宽度: 0 – 1MHz ●垂直灵敏度: 100mV/Div – 5V/Div (按1-2-5 方式递进) ●输入阻抗: 1MΩ ●耦合方式: DC/AC ●信号电压范围: +/-50V ●水平时基范围: 5μ s/Div - 10m(分钟)/Div (按1-2-5 方式递进) ●触发方式: 自动、 常规和单次 ●触发边沿: 上升/下降 频率计: ●频率测量范围: 10MHz ●周期测量范围: 100秒 ●灵敏度: 3V（ 峰值）

本设计硬件电路部分由单片机控制系统电路，前向输入调理电路，模数转换和存储电路，以及按键显示电路组成。其工作的基本思路就是以单片机为控制核心，让AD芯片完成数据的离散化，采集数据经过缓冲暂存于存储器里面，当波形显示时，单片机从存储器的读使能端读取采集数据存于数组中，然后进行相应的数据处理并把所存取得数据按一定的顺序打在液晶显示器相应的位置上，从而再现波形信号;其中输入调理电路由阻抗变换电路，信号抬升电路以及频率测量电路构成，阻抗变换电路是为了提高输入阻抗，信号抬升是为了使信号的幅度满足AD芯片的输入幅度要求，频率测量电路主要是测量周期性信号的频率。 主要资料 方案资料要求〔包括毕业设计、图纸、实物样品等)： 毕业设计说明书一份； 系统硬件原理图一份； 程序清单一份； 各硬件清单一份。

用单片机制作的数字示波器，包含频率计功能 附带制作过程及源程序资料

摘要：为了实现数字示波器的便携化和模块化，基于ＦＰＧＡ设计了１款ＶＧＡ显示的简易数字示波器。利用ＦＰＧＡ芯片将控制单元和存储单元融合代替了传统的单片机控制单元，

数字示波器教程-示波器使用方法，当初实验指导时参考资料，对于不熟悉示波器的同学可以参考

电子产品设计与制作