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2025年数字示波器电子竞赛一等奖作品

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数字示波器作者:黄霖宇、陈鹍、侯碧波一等奖作品来源:3A摘要本数字示波器以单片机和 FPGA 为关键,对采样方式的选择和等效采样技术的实现进行了重点设计,使作品不仅具有实时采样方式,并且采用随机等效采样技术实现了运用实时采样速率为 1MHz 的 ADC 进行最大 200MHz 的等效采样。同步系统还具有可测 2mV 小信号、波形存储回放、测频、触发沿选择、校准信号输出等功能。AbstractThis digital oscilloscope takes a MCU and FPGA as the core .We made emphases on the choice of the sampling methods and the implement of equivalent sampling, as a result, our design not only has the real-time sampling mode but also can reach the highest equivalent sample rate of 200 MHz using the real-time sample rate of 1 MHz, by way of random equivalent sampling. At the same time, this system has many other functions, such as 2mV small-signal measuring, storage and re-display of waveform, measuring frequency, selective trigger edge , output of the correction signal and so on.一、总体方案设计1.方案比较与选择仔细分析题目规定,以实时采样速率为 1MHz 的 ADC 实现最大 200MHz 的等效采样,是本题的最大难点,也是设计的重点之一。此外,较宽的信号带宽(10Hz~10MHz)和较大的幅度动态范围(1mV~8V)也给前级的信号调理电路提出了很高的规定。对此,我们考虑了如下几种方案:(1)关键处理器选择:方案一:纯单片机方式。即完全由单片机来实现前级信号程控调理、采样保持电路及 A/D 转换器的控制、数据的处理及存储、波形显示和控制电路等功能。方案二:单片机与 FPGA 结合的方式。即由单片机来完毕信号调理和人机界面等顶层控制功能,而由 FPGA 来完毕采集和信号处理等底层的关键计算。方案一的最大特点是只用单片机,系统规模可以做得很小,成本较低。不过,单片机在处理高速信号时略显吃力。并且在时序控制方面也显得精度局限性。相比之下,方案二则愈加合理和可靠。FPGA 的应用已经相称的普遍和成熟。用其进行采样时钟控制和信号处理,是提高系统性能和指标最有效的措施。因此,我们选择单片机与 FPGA 的结合来作为系统的关键处理器。(2)前级信号调理方案设计:方案一:一...

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