高精度便捷式全數字示波器設計

　　編程邏輯器件CPLD采用硬件描述語言VHDL為底層支撐，用原理圖輸入的方式來實現系統軟件部分的設計。DSP軟件編程采用C語言與匯編語言混合編程，程序主體用C語言編寫，對于占用處理器時間較多的算法程序和I/O接口操作則采用匯編語言編程，匯編代碼可以用C語言可調用的函數或內聯代碼的形式出現，把C語言和匯編語言的優點有機結合起來。系統軟件完成數據收集分析，把采集到的曲線坐標經處理后由RS 422標準接口傳輸給智能終端，同時也能接收到智能終端的輸入信息，執行相應的功能，系統程序流程圖如圖3所示。

　　5 測試結果

　　(1)系統能對10 Hz～20 MHz的任意周期信號進行測量，對大于20 MHz的信號，由于輸入信號調理電路器件帶寬的限制，導致用于測量輸入信號頻率的方波失真，致使示波器的測量信號頻率精度降低。對相同頻率的信號，等效采樣方式的波形比實時采樣方式的波形要好，其原因是同一個信號周期內前者的采樣點比后者的采樣點多。

　　(2)示波器的顯示屏刻度垂直方向有354個像元，水平方向有446個像元，顯示分辨率較高。

　　(3)示波器的垂直靈敏度分辨率包含1 V/div，0.1 V/div及2 mV/div三檔，對比專用數字示波器測試結果，信號在顯示屏上顯示明顯，波形失真小。

　　(4)示波器實時采樣速率為400 kHz，等效采樣速率可達200 MHz。

　　(5)系統在掃描速度包含了20 ms/div，2 μs/div及100 ns/div三檔。

　　(6)系統具有存儲和調出顯示信號波形的功能。

　　用所設計的示波器，分別對多種信號的不同頻率、幅值進行測試，同時對比高精度數字示波器測量結果，具體測試數據如表所示。

　　6 結語

　　樣機測量結果表明，系統頻率測量誤差小于0.05%，信號幅值測量誤差小于1%，系統精度較高，能滿足一般的工業要求，并且可以在顯示模塊上對被測信號進行很好的復現。系統重量小于0.5 kg，體積為：20 cm×15 cm×10 cm。

　　它克服了同類產品使用時操作復雜，精度低的缺點，并且所設計的數字示波器集成度高，工作過程受外界環境的干擾小，測量數據可視化，界面友好，可復現被測信號波形，故可作為一種內嵌式設備，嵌入到一些柔性工業測量系統當中，這在工業自動化領域和測試領域有廣泛的應用前景。