基于USB3.0的虚拟示波器的设计和研制

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在电子测量领域中,示波器是最重要的测量仪器之一.随着电子科技领域的不断改革和创新,科学研究不断深入,分析手段越来越多样化,测试环境要求更加严苛,测量功能需求增加.传统的示波器体积大、价格昂贵、更新周期长、功耗大等不足变得愈加明显,越来越不能满足人们的需求,因此具有有更低成本、更易操作、功能更容易扩展的虚拟示波器更符合人们的需求.现如今快节奏的生活生产方式,人们产生和需要的数据量越来越大,大突发量的数据采集希望有更高的接口传输速度,来提高示波器的性能.针对这一现象,结合虚拟示波器的技术和鉴于USB3.0接口高速传输的特点,设计和研制了基于USB3.0的虚拟示波器.
  在系统实现的过程中,首先分析了数字示波器的工作原理和关键技术,确定了系统的指标和研究方案.其次分析设计了系统的硬件电路设计,包括信号调理通道、数据采集存储电路、USB3.0接口电路的设计,其中信号调理通道又包括交直流耦合电路、衰减电路、阻抗变换电路、放大电路和单端转差分电路;数据采集存储包括时钟电路、ADC电路以及在FPGA内部调用IP核生成lvds_rx电路来接收数据、调用内部IP核生成异步FIFO电路,用来实现数据缓存和解决跨时钟域的问题.然后使用FPGA作为控制核心,设计固件程序,接收上位机指令,实现了与每个硬件电路的通信以及控制作用,包括对硬件调理通道的控制、配置ADC采样率、实现对采集数据的接收转换、数据存储和触发的控制、以及USB3.0的GPIF Ⅱ接口读写操作.之后,利用Qt应用软件,完成了上位机虚拟软件的设计开发,设计实现了上位机与USB3.0的通信,并完成了对USB3.0接口数据的读写操作,设计虚拟显示面板,重构波形,计算波形参数并显示.
  系统设计完成之后,对系统进行测试.测试结果表明,基本达到设计的要求.
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