Werkingsprincipe en structuur van de digitale oscilloscoop
Met de ontwikkeling van elektronische technologie en veranderingen zijn de eisen voor circuitmetingen hoger geworden, bij de elektronische productie zal blijken dat de meting van veel parameters niet een multimeter is die competent kan zijn, zoals een I / O-poort van een microcontroller van de uitgangsgolfvorm of de productie van versterkers om de frequentierespons te meten, enzovoort. Daarom zijn oscilloscopen van nature hetzelfde als multimeters en zijn ze een noodzakelijk hulpmiddel geworden voor elektronische ingenieurs en enthousiastelingen.
Werkingsprincipe en structuurintroductie
Het hardwaregedeelte van het digitale oscilloscoopsysteem is een snelle data-acquisitiekaart. Het kan tweekanaals data-invoer bereiken, elke bemonsteringsfrequentie kan 60 Mbit/s bereiken. Functioneel kan het hardwaresysteem worden onderverdeeld in: signaal front-end versterking (FET-ingangsversterker) en conditioneringsmodule (versterker met variabele versterking), snelle analoog-naar-digitaal convertermodule (ADC-driver, ADC), FPGA logische besturingsmodule , klokdistributie, hogesnelheidsvergelijker, MCU-besturingsmodule (DSP), datacommunicatiemodule, liquid crystal display (LCD). ), datacommunicatiemodule, LCD-display, touchscreenbediening, voeding- en batterijbeheer en toetsenbordbediening en diverse andere onderdelen.
Het ingangssignaal wordt door de voorversterker en het regelbare versterkingscircuit omgezet in een ingangsspanning die voldoet aan de eisen van de A/D-omzetter. Het door de A/D-converter geconverteerde digitale signaal wordt in de cache opgeslagen door de FPGA of het acquisitiegeheugen FIFO en vervolgens via de communicatie-interface naar de computer verzonden voor daaropvolgende gegevensverwerking, of direct bestuurd door de microcontroller, verzameld en weergegeven op het LCD-scherm scherm.
Referentie-apparaten zijn als volgt
In deze delen zijn het geprogrammeerde versterkings- (verzwakkings)circuit en het A/D-conversiecircuit het belangrijkste. Omdat deze twee circuits de keel vormen van de digitale oscilloscoop, bepaalt het geprogrammeerde versterkings- (verzwakkings)circuit de ingangsbandbreedte en verticale resolutie van de oscilloscoop. Het A/D-conversiecircuit bepaalt de horizontale resolutie van de oscilloscoop, die direct de prestaties van de oscilloscoop van de twee resoluties bepaalt. Deze twee delen van het circuit worden gemeten signalen in de achterkant van het verwerkingscircuit dat nodig is voor het datasignaal. Dit deel van het circuit kan worden gebruikt in hoogwaardige geïntegreerde schakelingen en een klein aantal randapparatuur vormt een eenvoudig circuitontwerp, het debuggen is ook heel eenvoudig. Het moeilijkste deel van de oscilloscoop zou de procedure moeten zijn, dat wil zeggen de software. De software draagt alle gegevensverwerkings- en besturingstaken van de digitale oscilloscoop over, inclusief A/D-bemonsteringscontrole, horizontale sweepsnelheidscontrole, verticale gevoeligheidscontrole, weergaveverwerking, piek-tot-piekmeting, frequentiemeting en andere taken. Dit kan worden gerealiseerd door een zeer gebruikelijke microcontroller die tegenwoordig op de markt is als microprocessor te gebruiken en in C-taal te programmeren.
Geprogrammeerd versterkings- (verzwakkings)circuit en voedingscircuit
Het signaal wordt ingevoerd vanaf een gewone X10X1-oscilloscoopsonde in het versterkings- (verzwakkings)circuit. De rol van het geprogrammeerde versterkings- (verzwakkings)circuit is het versterken of verzwakken van het ingangssignaal, zodat de uitgangssignaalspanning in de ingangsspanningsvereisten van de A/D-omzetter binnen het bereik van de beste meting en observatie valt, zodat de geprogrammeerde versterkerschakeling met de gespecificeerde bandbreedteversterking moet vlak zijn. Omdat het oscilloscoopcircuit twee digitale en analoge delen bevat, om wederzijdse interferentie te voorkomen, moeten het digitale deel van de voeding en het analoge deel van de voeding afzonderlijk respectievelijk zorgen voor een set van ± 5 V DC-voeding en inductie en capaciteit gemaakt van filterisolatie
Flash-geheugen en klokcircuit
Omdat de A/D-converter een grote hoeveelheid signaalgegevens opvangt, is het interne flashgeheugen van de microcontroller niet voldoende om te gebruiken, zodat het circuit een extern geheugen kan kiezen om te gebruiken, maar ook als een manier om naar het LCD-scherm te schrijven. Het flashgeheugen wordt ook gebruikt als cache voor het schrijven naar het LCD-scherm. Om het referentiekloksignaal te verkrijgen, is de microcontroller ook verbonden met een kristal, dat wordt gebruikt om de werkelijke frequentie van het externe golfvormsignaal te berekenen.
FPGA-besturingseenheid
FPGA's zijn semi-aangepaste ASIC's waarmee circuitontwerpers hun eigen toepassingsspecifieke functies kunnen programmeren. Het ontwerp maakt gebruik van twee verschillende methoden: schematische invoer en VHDL-invoer. De besturingseenheid voert de meeste besturingstaken uit en levert de juiste besturingssignalen voor elke functionele module om de juiste werking van het hele systeem te garanderen. Bereik specifiek de volgende functies: frequentiedelercircuit en genereren van A/D-omzetterbesturingssignalen. Het data-acquisitiesysteem heeft een breed meetbereik, een frequentiedelercircuit is ontworpen binnen de FPGA om verschillende bemonsteringsfrequenties te bereiken voor verschillende frequenties van de gemeten signalen om ervoor te zorgen dat de verzamelde gegevens nauwkeuriger zijn. De frequentieverdelingseenheid is geïmplementeerd met behulp van de grafische invoermethode en de interne structuur ervan wordt weergegeven in figuur 4. In figuur 4 is het gebruik van de T-trigger in de invoer 1, waarbij elke klokflank wanneer de uitvoer springt om de frequentiedeling te bereiken . Tegelijkertijd kunnen we zien dat de invoer van de T-flip-flop bestaat uit enkele logische combinaties, die de gepoorte klok vormen. Voor gated klokken wordt de klokfunctie zorgvuldig geanalyseerd om het effect van bramen te voorkomen. Hoewel de gated klok gegarandeerd vrij is van gevaarlijke bramen op het kloksignaal wanneer aan de volgende twee voorwaarden wordt voldaan, kan de gated klok net zo betrouwbaar werken als de mondiale klok.
Voor het ontwerp van de A/D-omzetter is het stuursignaal slechts twee: klokingangssignaal CLK en schakel het uitgangssignaal OE in. CLK-signaal rechtstreeks via het actieve kristalingangssignaal 60M, terwijl het OE-signaal via de interne FPGA en CLK dezelfde frequentie en dezelfde fase van het kloksignaal wordt omgekeerd om te krijgen, zodat alleen aan de conversie van de A/D-omzettertiming wordt voldaan relaties.
Snelle A/D-conversie; circuit
Digitale oscilloscoop in het belangrijkste circuit is het A/D-conversiecircuit, zijn rol is het meten van signaalbemonstering en omgezet in digitale signalen in het geheugen, gezegd dat het een digitale oscilloscoop is, de keel is niet te veel, omdat deze direct de digitale oscilloscoop bepaalt kan worden gemeten op de hoogste frequentie, volgens de stelling van Nyquist, de bemonsteringsfrequentie van minimaal 2 maal de hoogste frequentie van het te meten signaal om het gemeten signaal te reproduceren. Bij digitale oscilloscopen moet de bemonsteringsfrequentie minimaal 5 tot 8 keer de frequentie van het te testen signaal zijn, anders kan de signaalgolfvorm niet worden waargenomen.
