基于DSP的隔离数字存储示波器的设计
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摘要
随着科学技术的发展,作为常用的检测工具,示波器的面貌也焕然一新。由于数字技术的应用,示波器成为集测量、运算、分析、显示、记录等各种功能于一体的智能化测量仪器。和模拟示波器相比,数字示波器具有很多优点,例如捕捉非周期信号、存储分析回放信号波形及自我检测等。因此数字示波器在电子信息等领域得到广泛的应用和推广。在电力电子行业信号测量中,需要示波器同时检测多路不能共地的信号,如果使用普通示波器很可能造成数据测量不准确甚至损害示波器。为了解决这个问题,本课题设计了各个采集通道电气相互隔离的数字示波器。
本课题研究了数字存储器的采样方式,并对实时采样中的数据采集算法进行了研究。使用DSP+CPLD硬件结构,设计了四个相互隔离的采集通道以及信号调理电路、触发电路、模数转换电路和液晶显示电路。选用TI公司型号为TMS320F2812的DSP作为主控芯片对系统进行控制,实现采集数据的算法。CPLD配合DSP管理外围电路和液晶显示的驱动。
衰减网络利用继电器选择不同阻值的电阻组合对检测信号进行衰减,四个检测通道利用四片宽带隔离放大器CIM1l00芯片实现了彼此之间的隔离。本设计的模数转换器选择的是MAX1180芯片。采用液晶显示器显示信号波形,设计了显示驱动,液晶显示所需的时序,制定了对应的控制命令字。
软件设计采用并行、模块化设计,将数据采集和液晶显示软件模块化,每个模块之间相互独立,不仅编写清晰,后续程序的调试与升级也方便。学习了线性插值和正弦插值的原理并应用到实时采样中。结合课题设计,在软件中实现了插值算法,并将两种算法模块化。
测试结果显示,课题所设计的示波器能够准确清晰地显示信号波形,有良好的隔离效果,能够达到实际应用的性能要求。
Digital storage oscilloscope has many advantages compared with analogue oscilloscope, such as the single signals capturing, waveform storage and replaying, self testing, etc. So digital storage oscilloscope is widely used and promoted in the electronic field. In many cases oscilloscope needs to test many signals which are not allowed to have same ground. Using ordinary oscilloscope may get wrong results or damage experiment circuit.
This paper studied the sampling way of digital storage oscilloscope and the data acquisition algorithm of real-time sampling. The oscilloscope in this paper uses DSP and CPLD hardware structure and has four isolated acquisition channels. This paper introduces signal regulate circuit, trigger circuit, AD converter circuit and liquid crystal display circuit. DSP is the master of the whole hardware structure which control the whole system and data acquisition. CPLD manage peripheral circuit and drive LCD display.
Attenuation network uses relays to choose different combination of resistance to fade signal detected. The isolated acquisition channels use CIM1100 which is MHz level broadband amplifier to realize isolating between them. MAX1180 is the AD converter in of the digital storage oscilloscope. This design adopted LCD as screen displayer and designed the display driver which produces various timings and formulates corresponding control commands. The digital storage oscilloscope uses LCD to display signal waveform.
The software design uses modular designing which makes every module independ (?)t among each other and software upgrading simple. The linear interpolation and the sine interpolation algorithm is applied in the real-time sampling which also is realized in software programming.
The test proofed that the digital storage oscilloscope this paper introduced can accurately and clearly display signal waveform. Also this digital storage oscilloscope has good isolated effects which can achieve the performance requirements in the practical application.
本课题研究了数字存储器的采样方式,并对实时采样中的数据采集算法进行了研究。使用DSP+CPLD硬件结构,设计了四个相互隔离的采集通道以及信号调理电路、触发电路、模数转换电路和液晶显示电路。选用TI公司型号为TMS320F2812的DSP作为主控芯片对系统进行控制,实现采集数据的算法。CPLD配合DSP管理外围电路和液晶显示的驱动。
衰减网络利用继电器选择不同阻值的电阻组合对检测信号进行衰减,四个检测通道利用四片宽带隔离放大器CIM1l00芯片实现了彼此之间的隔离。本设计的模数转换器选择的是MAX1180芯片。采用液晶显示器显示信号波形,设计了显示驱动,液晶显示所需的时序,制定了对应的控制命令字。
软件设计采用并行、模块化设计,将数据采集和液晶显示软件模块化,每个模块之间相互独立,不仅编写清晰,后续程序的调试与升级也方便。学习了线性插值和正弦插值的原理并应用到实时采样中。结合课题设计,在软件中实现了插值算法,并将两种算法模块化。
测试结果显示,课题所设计的示波器能够准确清晰地显示信号波形,有良好的隔离效果,能够达到实际应用的性能要求。
Digital storage oscilloscope has many advantages compared with analogue oscilloscope, such as the single signals capturing, waveform storage and replaying, self testing, etc. So digital storage oscilloscope is widely used and promoted in the electronic field. In many cases oscilloscope needs to test many signals which are not allowed to have same ground. Using ordinary oscilloscope may get wrong results or damage experiment circuit.
This paper studied the sampling way of digital storage oscilloscope and the data acquisition algorithm of real-time sampling. The oscilloscope in this paper uses DSP and CPLD hardware structure and has four isolated acquisition channels. This paper introduces signal regulate circuit, trigger circuit, AD converter circuit and liquid crystal display circuit. DSP is the master of the whole hardware structure which control the whole system and data acquisition. CPLD manage peripheral circuit and drive LCD display.
Attenuation network uses relays to choose different combination of resistance to fade signal detected. The isolated acquisition channels use CIM1100 which is MHz level broadband amplifier to realize isolating between them. MAX1180 is the AD converter in of the digital storage oscilloscope. This design adopted LCD as screen displayer and designed the display driver which produces various timings and formulates corresponding control commands. The digital storage oscilloscope uses LCD to display signal waveform.
The software design uses modular designing which makes every module independ (?)t among each other and software upgrading simple. The linear interpolation and the sine interpolation algorithm is applied in the real-time sampling which also is realized in software programming.
The test proofed that the digital storage oscilloscope this paper introduced can accurately and clearly display signal waveform. Also this digital storage oscilloscope has good isolated effects which can achieve the performance requirements in the practical application.
引文
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