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示波检测范文

来源：火烈鸟

作者：开心麻花

2025-09-19

示波检测范文（精选6篇）

示波检测第1篇

以目前国内使用比较普遍的COS6100 100M通用便携式示波器为例。这种示波器具有两套扫描系统工作方式, 五通道 (CH1CH5) , 12踪迹显示能力。其线路包括A、B两个独立的触发同步电路, A、B扫描发生器, 及延迟电路和闭锁多谐振荡器, 一般具有五种工作方式:A扫描、B扫描、A加亮B、B延迟A、A单次, 线路的工作方式由转换开关选择, 当开关置于A扫描或B扫描时, 电路的工作情况和一般单路扫描的工作过程一样。而当开关转至A加亮B时, 则触发脉冲进入B触发同步电路, B路扫描发生器产生锯齿波, 经放大后, 供水平偏转板;同时B路锯齿波电压经延迟电路比较后, 产生延迟脉冲, 触发闭锁多谐振荡器, 使A路扫描发生器工作。此时A、B两路增辉电路所产生的增辉脉冲相叠加后, 加到示波管的栅极, 从而实现了加亮。当开关转至B延迟A时, 线路的工作状态与A加亮时相同。这就会出现延迟时间刻度误差及晃动。

知道了产生的成因, 如何得到具体的延迟时间刻度误差值及延迟时间晃动比呢?首先将示波器置于A延迟B状态, 调节时标信号周期;使其与A扫描因素的标称值相对应;并将B扫描时间因素旋钮置于比A小的位置;同时将“延迟时间倍乘”度盘置于“零”附近, 读出其读数为D0, 调节位移旋钮, 将延迟过的图像的第一个波峰置于X坐标中间, 如图1, 再转动“延迟时间倍乘”移动图像, 使第二个波峰移至X坐标的同一个位置, 读出此时度盘刻度D1, 按此方法读出D2、D3D10, 则:

同样把示波器置于“A延迟B”状态;“延迟倍乘”置于“10”附近;“B扫描时间因数”置于最小档级, 并处于自激状态;“A扫描时间因数”置于较大档级。调节A扫描的“稳定”与“触发电平”旋钮, 测出晃动宽度⊿T’, 如图2。则:

通过上述步骤的操作、数据采集及计算, 即可得到该示波器的延迟时间刻度误差及延迟时间晃动比, 从而完成该项目的检测。

参考文献

示波检测第2篇

随着计算机应用技术的快速发展,虚拟示波器因其结构简单、易于硬件集成、成本低、设备更新周期长而被广泛应用于故障信号检测中[1,2]。数据采集系统是故障信号检测虚拟示波器的关键,数据采集性能的好坏直接影响整个系统的质量[3]。因此,设计一种高效、高精度的数据采集系统已经成为相关学者研究的重点课题,受到了越来越广泛的关注[4,5]。

目前,有关故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的研究有很多,相关研究也取得了一定的成果。文献[6]设计了一种基于虚拟仪器的数据采集系统,该系统介绍了数据采集的硬件设计及配套的软件开发,通过PCI接口对数据进行传递,使采样频率达到100 MHz,用户可利用软面板设置参数,得到的数据被传输至系统内存,以波的方式在软面板上显示出来,但该系统只适用于强故障信号的采集,针对弱故障信号,其无法实现采集。文献[7]利用计算机对实际人工操作进行模拟,在保证所采集数据质量的同时,大大加强了数据的采集效率,但该系统容易受到存储空间与通信接口的影响,采集精度较低,没有达到系统的需要。文献[8]设计了一种基于FPGA的机器视觉图像采集系统,依据相关研究,建立以FPGA为主处理器的基本结构,依据系统需求,决定详细的芯片型号,通过设计的信号采集电路对数据进行采集,所提系统稳定性较高,但实时采集能力较差。

针对上述方法的弊端,设计了一种故障信号检测虚拟示波器数据采集系统,介绍了系统的总体结构。通过信号调理电路使输入信号和A/D模块满量程值之间的差异尽可能的达到最小,利用A/D转换电路对数据进行转换和采集,在系统的输入端设计了比例衰减与过压保护电路。软件设计中,详细分析了A/D采集的主程序及相关实现代码。实验结果表明,所提系统不仅采集精度高,而且所需时间短,具有很高的采集性能。

1 硬件设计

1.1 系统总体设计方案

本故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的总体结构如图1所示。虚拟示波器的模拟故障信号经衰减保护控制电路后进入信号调理电路,经AD526放大后被发送至AD574进行模/数转换,将得到的结果保存至缓存芯片IDT7202中,单片机通过对缓存器进行查询判断是向其写入数据还是从中读出数据命令,从而实现数据采集。

1.2 信号调理电路

为了达到理想精度的模/数转换结果,需使输入信号和A/D模块满量程值之间的差异尽量小。信号调理的主要目的是使输入信号达到A/D转换器的幅度要求,并且使输入信号的幅度增加。信号调理电路图见图2。

由图2可看出,信号调理电路主要是通过AD526和单片机ATmega32实现的。AD526是由美国AD公司提供的,放大倍数完全满足系统要求,而且可以通过一组数码对其进行调控。按照要求将输入信号调整至合理的A/D转换输入区域,通过AD574转换电路完成转换,以保证低输入情况下的转换准确率,增加故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的动态范围。

1.3 A/D转换电路

A/D转换电路主要由Ateml公司的AVR系列单片机ATmega32和AD574组成,详细电路图如图3所示。

在A/D转换电路中,选择AD574芯片0~10 V单极性输入的形式,将AD574芯片的第2引脚和地直接相连,以完成12位高精度转换,得到的结果被分成两次进行输出。将AD574的状态引脚STS和单片机PC的第3引脚相连,通过查询的形式获取转换结果。如果R/-C C为0,则开启A/D转换器,经20μs后STS接第1引脚,则A/D转换完成,当前将R/-C置1,也就是在虚拟示波器的数据端对数据进行读取。

1.4 衰减保护控制电路

为了避免因电压幅值过大造成芯片损坏的现象出现,系统的输入端设计了比例衰减与过压保护电路,电路图如图4所示。

由图4可知,衰减保护控制电路通过单刀多掷开关确定衰减比例,将虚拟示波器采集故障信号的电压降低至±1 V范围之内,从而保证芯片的正常运行,则系统可采集低于36 V安全电压的故障信号了。除此之外,因为故障信号存在噪声,尖峰脉冲的瞬时电压很可能达到100 V,使芯片被严重损害,所以设计了过压保护电路,通过2 V的稳压管对芯片进行保护。

2 软件设计

2.1 A/D采集程序设计

为了达到理想的数据采集效率,将采样最小时间设置为1μs。A/D采集程序设计流程图如图5所示。

2.2 代码设计

详细的数据采集源代码如下:

3 实验结果分析

为了验证本文设计的故障信号检测虚拟示波器数据采集系统的有效性,需要进行相关的实验分析。实验将嵌入式系统作为对比进行分析。将故障信号检测发生器的信号作为输入信号,直接从软件界面上观察波形的改变情况。采用本文系统对某通道的数据进行采集。当波形显示如图6所示时,调节控制面板上的按钮,使波形的形状出现变化,以模拟故障信号,这时的波形如图7所示。

对频率是250 Hz时的波形进行采集,得到的波形图如图8所示。波形的详细信息如图9所示。

分析上述过程可以看出,采用本文系统对故障信号检测虚拟示波器数据进行采集,得到的信息较为全面,验证了本文系统的有效性。分别采用本文系统和嵌入式系统对虚拟示波器数据进行采集,对两种系统的采集时间和存储时间进行比较分析,得到的结果如表1所示。

分析表1可以看出,采用本文系统对数据进行采集所需的采集时间和存储时间均优于嵌入式系统,说明本文系统的整体运行时间远远低于嵌入式系统,验证了本文系统的高效性。在上述实验的基础上,对本文系统和嵌入式系统的采集数量和采集准确率进行比较分析,得到的结果如表2所示。分析表2可以看出,和嵌入式系统相比,采用本文系统进行数据采集时,不仅采集的数据量和实际故障数据量基本相同,而且采集正确率也远远高于嵌入式系统,说明本文系统具有很高的准确性。

4 结论

本文设计了一种故障信号检测虚拟示波器数据采集系统,介绍了系统的总体结构,衰减保护控制电路、信号调理电路、A/D转换、数据缓存和单片机。为了达到理想精度的模/数转换结果,通过信号调理电路使输入信号和A/D模块满量程值之间的差异尽可能的达到最小。利用Ateml公司的AVR系列单片机ATmega32和AD574组成的A/D转换电路对数据进行转换和采集。为了避免因电压幅值过大造成芯片损坏的现象出现,在系统的输入端设计了比例衰减与过压保护电路。软件设计中,详细分析了A/D采集的主程序及相关实现代码。实验结果表明,所提系统不仅采集精度高,而且所需时间短,具有很高的采集性能。

参考文献

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[2]吴建,王高,王明艳,等.基于高速数据采集卡DAQCard-010501的虚拟示波器设计[J].电子测试,2013(6):30-33.

[3]刘培珍,夏湖培,姚金杰.基于Lab Windows/CVI的地下震动信号检测与处理系统[J].测试科学与仪器(英文版),2015,6(1):57-62.

[4]李正友,李天伟,王沛,等.便携式航海仪器电路虚拟检测和诊断系统[J].计算机测量与控制,2008,16(3):301-303.

[5]陈新华,尹川,谷士鹏.基于MDC103的模拟飞控数据采集系统设计与联试故障分析[J].科技创新导报,2014(31):81-82.

[6]马杨云,牟方锐,王章瑞.100 MHz虚拟示波器数据采集卡的设计与实现[J].计算机测量与控制,2003,11(12):983-985.

[7]袁雪,张志文,司庆丹.基于ARM的智能数据采集系统设计[J].国外电子测量技术,2014,34(11):66-71.

示波检测第3篇

由珠海伊万电子科技有限公司[1,2]专为维修人员开发、设计的ET521A示波表,具有100MS/S采样速率,25MHz模拟带宽的数字存储自动示波表;数字LCR电桥,宽范围60000uF超级电容测量,10μH～1H/156kHz高频电感自动量程测试,60M电阻量程;6600码自动量程数字视波万用表,同时可以检测到2kV/20kHz的行频高压波形;还有函数信号发生器、60MHz数字频率计及晶振、遥控器和行输出变压器匝间短路检测等功能。其优良的特性、完善的功能,可广泛应用于各种信号的观察与测量,并能快速诊断示波器的故障。

1 诊断实例

国产组装型“新航源”牌HD4240型双踪示波器,无扫描基线也无光点。

开机后,除面板电源指示灯亮外,荧光屏上既无扫描基线也无光点,试调节X、Y轴位移、辉度等旋钮仍然一样。按常规思路,先检查电源部分及示波管各脚供电电压和用于辉度控制的Z轴放大器等均正常。根据示波器的故障特点,再查X、Y轴各级输出放大器的主要易损件,也未见异常。仔细观察发现:Y轴输出放大器BG16(2N5551)的负载电阻R48(3.3KΩ)和其对应的R47(3.3KΩ)相比,颜色稍有发黄且通电短时间内发热较明显,说明该回路有过流存在,相关电路如图1所示[3]。

电路工作原理为:由X轴扫描电路来的触发脉冲进入双D触发器IC4(4013)第(3)脚,从其(1)、(2)脚输出两个相位相反的开关脉冲,一路加到用于A、B通道放大器切换的电子开关IC2(CD4066)的控制端(6)和(12)脚、(5)和(13)脚,经过IC2的选择,将A(或B)通道放大器的输出分别加到BG11(9014)、BG12(9014)的基极进行放大,再经过末极输出BG15(2N5551)、BG16(2N5551)放大后加到Y轴偏转板;该开关脉冲的另一路加到用于Y轴位移A(或Y轴位移B)切换的电子开关IC5(CD4066)的控制端(6)、(12)脚,经过IC5的选择,将Y轴位移A(或Y轴位移B)的偏置加到BG10(9014)的基极,通过改变其导通程度来改变BG12放大器的增益,从而改变波形在Y轴方向上的位置。

由于Y轴通道放大器工作在宽频带、高增益的平衡式输入、输出状态,根据观察到的异常现象,可以推测故障点应在图1下半部分的相关元件中。为快速诊断故障点,用ET521A示波表测试IC4的(3)脚和(1)脚的波形,如图2、3所示。

可以看出,IC4工作正常,由此推断IC5损坏,试更换IC5,开机后出现了扫描基线,并能正确地测试信号波形,故障被排除。

本故障是由于I C 5损坏后,改变了BG10、BG12的工作状态,从而改变了BG16的工作状态,使其产生了过流,导致扫描基线跑到屏幕以外了。这里须特别指出,检测此故障时必须快捷、迅速,以免BG16放大器过流时间太长而损坏,而用ET521A示波表恰好能做到这点。

2 结语

ET521A示波表在电子测量仪器的现场测试与故障诊断中,能快速、准确定位故障点,使分析判断更具科学性,用于示波器的故障诊断实践中能发挥较好作用。

参考文献

[1]珠海伊万电子科技有限公司.ET521A自动示波综合检测仪使用说明书,2009,3.

[2]珠海伊万电子科技有限公司网站.http://e-one.net.cn

示波检测第4篇

中国北京,2008年11月19日全球领先的测试、测量和监测仪器提供商泰克公司日前推出新的MSO2000混合信号示波器和DPO2000数字荧光示波器。新系列在一个便于携带、经济的仪器中提供了强大的工具,简化了混合信号设计的调试,包括Wave Inspector搜索和导航工具、串行数据总线的自动解码及能从信号中过滤噪声的独特的FilterVuTM可变低通滤波器。新系列提供了最高达200MHz的带宽,完善了现有的MSO4000、DPO4000和DPO3000示波器系列型号,为从事嵌入式系统设计的工程师提供了完整、功能强大的示波器。

事实上几乎当前设计和生产的每种电子产品都是嵌入式系统,包含微处理器、微控制器、DSP、RAM、闪存、EEPROM、FPGA、模数转换器、数模转换器和其他I/O。近年来,嵌入式系统设计已经用串行数据总线(如I2C、SPI、RS-232、CAN和LIN)代替并行总线。在一条串行总线上,一个单一信号可能包括地址信息、控制信息、数据信息和时钟信息,这种复杂性给设计工程师带来了明显的调试挑战。MS02000和DPO2000系列在一台入门级示波器中以高度集成的串行数据触发、协议解码和分析功能,使问题迎刃而解。此外,MS02000可以在最多4条模拟通道和16条数字通道中实现模拟信号和数字信号时间相关,调试嵌入式系统的混合信号部分。MSO2000和DPO2000系列为嵌入式设计人员及讲授设计原理的教师提供了理想的解决方案。

MS02000和DPO2000系列示波器均由三种型号组成,带宽范围为100 MHz～200 MHz,提供了两条或四条模拟通道、熟悉的泰克前面板布局、串行触发、协议解码、USB即插即用PC连接、7英寸宽屏高亮度TFT显示器及三年保修。MSO2000示波器还包括16条数字通道,提供了最多20条时间相关的通道,可以同时调试模拟数据和数字数据。所有型号都在每条通道上包含1M点的记录长度,所有通道提供了1 GS/s的采样率,保证至少5倍的信号过采样率。此外,新型号提供了每秒5 000个波形的捕获速率,帮助发现瞬态事件。

MS02000和DP02000系列还为所有模拟通道和数字通道上提供了全新的Wave Inspector搜索引擎,这是一套前所未有的易用工具,可以在长记录中简单高效地找到感兴趣的事件。Wave Inspector还能够自动搜索采集数据,标出发生的所有用户指定事件,然后在标记之间轻松导航。通过Wave Inspector导航功能,MS02000和DPO2000系列可以帮助工程师迅速找到和解决棘手的问题。

基于FPGA的数字示波器第5篇

关键词：现场可编程逻辑门阵列,信号调整,高速A/D,片上可编程系统

高速数字化采样技术和FPGA技术的发展对传统测试仪器的体系结构, 包括传统测量方法、传统仪器的定义和分类等都产生深刻的影响[1,2,3]。伴随数字技术的发展, 数字示波器展现了其强大的功能:智能捕获、参数分析、时频等变换处理、超大规模数据波形存储以及数据上网共享等。与传统模拟示波器相比, 数字示波器不仅具有可存储波形, 体积小, 功耗低, 使用方便等优点, 而且还具有强大的信号实时处理分析功能。

1系统组成

设计的数字示波器总体框图如图1所示。

系统主要包括信号调理模块、A/D转换模块、控制器模块、时钟产生模块、触发电路、数据缓存模块、数据快速处理模块、输入模块及显示模块。控制器模块由MSP430单片机组成, 用来控制信号调理模块和A/D转换模块以及按键输入;时钟产生模块、数据缓存模块, 数据快速处理模块这三个部分在FPGA内部完成;数据快速处理模块是由基于FPGA的SoPC来完成的, 同时SoPC还控制TFT液晶的显示。

2系统理论分析及硬件实现

2.1 信号调理模块[4]

信号调理电路包括衰减网络、电压跟随电路、程控放大电路和直流偏置电路等。信号调理电路框图如图2所示。

为了保证输入信号在AD芯片的参考电压范围内, 当大信号输入时, 必须通过衰减网络对其进行衰减, 以满足A/D采集电路的电压要求。通过电阻网络分压实现信号的衰减, 衰减倍数有1/2和1/20两种, 通过单片机控制继电器 (TQ2-5) , 实现对两种衰减倍数的切换;另外, 电容网络是进行相位补偿, 通过可调电容可以实现相位的补偿。电压跟随电路作为隔离级, 可减小后级电路对前级电路的影响。电压跟随电路由TI公司的OPA656构成, OPA656是宽带单位增益稳定FET输入运算放大器。

程控放大电路由程控增益芯片AD603和双通道串口数/模转换器TLV5638组成。单片机通过控制TLV5638的通道A产生高精度模拟电压, 用于调节AD603的放大倍数。直流偏置电路中, 单片机控制TLV5638, 使其OUTB引脚输出一个直流电压, 该电压经过NE5532组成的等比例反向器后接到OPA656的反向输入端, 可以通过这个电压来确定OPA656的输出, 反映到屏幕上是波形的中线位置。如果液晶显示的波形偏下或者偏上, 可以调节TLV5638的B端输出来调节。

2.2 采样分析及A/D数据采集电路

对于信号的采样[5]分为两种方法, 实时采样和等效采样。实时取样对波形进行等时间间隔取样, 按照取样先后的次序进行A/D转换, 并存入存储器中。等效时间取样方式是先采用“取样技术”, 将周期性的高频信号变换成波形与其相似的周期性低频信号, 然后再做进一步的处理, 因而可以比较容易地获得很宽的频带宽度。但等效时间取样仅限于处理重复性的周期信号。图3是实时采样和等效采样的对比。

由于系统的最高时钟为50 MHz, 综合以上考虑和现实要求, 该系统采用了等效采样和实时采样两种采样方式。当输入信号频率低于10 MHz, 选用实时采样;反之, 选用等效采样。数据采集电路中AD芯片选用TI公司的ADS830E, 它是一个单通道并行8位的模/数转换器, 采样速率最高可达60 MHz。为了减少硬件电路的设计和消除其他信号的干扰, A/D数据采集中的采样时钟由FPGA提供。

2.3 单片机控制模块设计

单片机控制模块采用TI公司的MSP430F149单片机[6,7,8]。MSP430F149控制信号调理模块以及按键的输入等。

2.4 系统中FPGA设计

2.4.1 时钟分频电路设计

该数据采集系统具有比较宽的测量范围, 在FPGA内部设计了一个分频电路, 用来实现针对不同频率的被测信号选择不同的采样频率, 确保采集数据更加精确。图4是使用Verilog实现的分频电路[9], 该电路可以实现对50 MHz频率的时钟源进行分频。分频比可由程序控制, 从而使时钟满足A/D采集的需求。

2.4.2 FIFO 及触发电路设计

该系统利用FPGA设计大小为1 024 B的FIFO, 实现对A/D采集数据的快速存储。A/D采集电路开启时, FIFO开始存储数据。利用FPGA设计的FIFO如图5所示。

当FIFO所存储的数据在屏幕上还原出波形时, 选取一个固定的起始点, 使后面的波形能够连续且没有重叠的在屏幕上显示。这个起始点反映到系统中就是触发信号。该系统中采用内部软件触发方式, 通过软件设置触发电平。所设置的施密特触发器参数易于修改, 从而抑制比较器产生的毛刺。当采样值大于触发电平, 则产生一次触发。该方式充分利用了FPGA的资源, 减少外围电路, 消除硬件毛刺产生的干扰, 易于调整触发电压。

2.4.3 SoPC系统设计

由于采集的数字信号需要进行高速处理, 因此本设计利用了FPGA, 高效的SoPC, 对FIFO (数据缓存) 中的数据进行处理, 并控制TFT液晶显示所采集信号的波形。

3系统软件设计

系统软件设计实现了人机交互、信息提示、系统启动与复位等功能。系统软件设计如图6所示, 该系统包含采样时钟产生单元、显存控制单元、TFT液晶显示和可编程放大控制等模块。Verilog可以形成原理图, 对其进行仿真实现, 而且SoPC配置的软核CPU允许挂接这些单元, 很容易实现总体功能的合理规划。

4系统测试分析

(1) 单次触发扫描测试, 观察设计的示波器能否产生扫描电压, 并在信号上升沿开始显示波形。观察结果能够产生扫描电压, 并显示波形。

(2) 经测量得到输入短路时输出噪声的峰-峰值为1.72 mV。

(3) 100 kHz方波校准信号的电压幅值为0.308 V, 误差为0.69%。

(4) 垂直灵敏度测试。正弦信号频率为10 kHz, 记录数据如表1所示。

由表2中数据可知, 测量结果都在测量误差允许范围内, 很好地完成了设计任务。

5结语

该系统的突出特点采用FPGA作为核心控制器, 同时结合NIOS软核的优势, 实现了数字示波器的设计。结果表明, 系统总体功能完善, 集成度高, 全数字化, 体积小, 重量轻, 可靠性高, 易于程控, 使用灵活。

参考文献

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