全国大学生电子设计竞赛数字示波器作品

简介：
本作品参加全国大学生电子设计竞赛，是一款功能全面的数字示波器。它能够捕捉并显示电信号的变化情况，适用于多种信号分析场合。 本数字示波器以单片机与FPGA为核心技术，在采样方式的选择及等效采样技术的实现上进行了重点设计，使其不仅具备实时采样的功能，并且通过随机等效采样技术实现了利用1MHz ADC进行最高200MHz的等效采样。该设备还配备有测量微弱信号（最小值为2mV）、波形存储与回放、频率测量、触发沿选择以及校准信号输出等功能，以满足各种复杂的测试需求。 在设计阶段，开发者对比了纯单片机方案和基于FPGA的混合设计方案，并最终选择了后者。由于高速信号处理及时序控制对精度的要求较高，因此采用了结合高性能计算能力的FPGA来负责采样时钟控制与信号处理任务；而单片机则用于执行信号调理以及用户交互功能。 在前级信号调理电路设计中，使用了压控放大器AD603和BUFFER634器件以提高输入阻抗并适当放大信号，从而适应宽频率及幅度范围的测试要求。而在理论分析与参数计算阶段，则着重讨论等效采样技术的应用。其中随机等效采样方法被选定为本设计的核心方案，因为该方法更适合于无法精确测量输入信号频率的情况。 具体而言，在实现200MHz的等效采样速率时，需要在1微秒内获取到200个时间间隔数据点，并且要求FPGA工作速度达到至少200MHz。此外，垂直灵敏度方面示波器设定为8位分辨率，对应显示屏上每格代表约0.625V峰峰值的信号范围。 通过上述精心设计与先进科技的应用，这款数字示波器实现了高性能采样处理及全面功能配置，在全国大学生电子设计竞赛中展现出了卓越的表现力。同时该设计方案也展示了如何在实际应用过程中兼顾成本、性能和复杂度之间的平衡问题，为类似项目提供了重要参考价值。