脉冲信号参数测试仪方案研究

1、单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级#单击此处编辑母版标题样式2021年广西区大学生电子设计竞赛第一阶段比赛题目讲解黄 新脉冲信号参数测试仪一、任务设计制作一个脉冲信号测试仪，可以测量脉冲信号的幅值、频率、周期、占空比、上升和下降时间等参数。23二、要求1.根本功能1脉冲信号幅值范围为：P5VP，测量精度2%；2脉冲信号频率范围为：1Hz100KHz；频率测量精度0.1%，周期测量精度0.1%3占空比测量范围为：1090，测量误差10；4比较电平设置范围：5V，步进小于； 5上升时间和下降时间测量范围为1us1ms，测量误差1us；42.发挥局部1脉冲信号频率范围为：1Hz500K

2、Hz；频率测量精度0.01%，周期测量精度0.01%；2占空比测量范围为：595，测量误差5； 3上升时间和下降时间测量范围为20ns1ms，测量误差20ns；4其它。5三、脉冲信号参数测量原理脉冲参数1脉冲信号幅度Vm2脉冲信号频率f，周期T，脉冲宽度tw ；3脉冲信号占空比q tw/ T ；4脉冲信号上升时间tr，下降时间tf。6脉冲幅度测量方法峰值检波法 输入脉冲信号为单极性信号，可利用峰值检波器检测输入脉冲信号的峰值，然后利用A/D测量峰值从而得到脉冲信号的幅度， 对脉冲波形该方法会造成幅度误差，对题目给定的单极性三角波，可直接将峰值作为脉冲幅度。7脉冲幅度比较法预置比较电平，当比较器

3、输出低电平时，说明脉冲信号幅度大于比较电平，按一定步进增加比较电平，直至比较器输出高电平，此时比较电平为脉冲信号的峰值。8脉宽及上升和下降时间测量原理10占空比测量原理113.5 频率测量原理1直接测频根据频率的定义，假设某一信号在T秒时间内重复变化了N次，那么该信号的频率122直接测周133中界频率14fxfM采用测频fxfM采用测周4测频测周方案155等精度测频法16四、系统组成及原理峰值检波器17182方法219输入衰减电路 脉冲输入信号为单极性信号，由于局部ADC转换器最大输入电压为，局部比较器最大输入电压，最好再设计2倍的输入衰减电路。20高速比较器根本局部：脉冲信号频率1Hz100

4、KHz，最小周期为10us发挥局部：脉冲信号频率1Hz500KHz，最小周期为2us信号周期至少为比较器响应时间的2倍以上，因此比较器响应时间1us21比较器型号LT1715 采用独立输入/输出电源的 4ns响应时间、150MHz 双通道比较器LM3932通道，延时LM3192通道，80ns响应时间ADI 模拟器件公司比较器产品选型指南224.4 ADC转换电路1ADC位数脉冲信号为单极性，幅度测量精度2%；，5.0/0.004=1250100Vm，INT0对应时间为脉宽tw，INT1对应时间为周期T34基于MSP430G2553的测试结构351MSP-EXP430G2开发板MSP430G25

5、53单片机管脚为20，IO口16个；2采用I2C接口或SPI接口的双路DAC；3采用串行接口的液晶模块；4在IO允许情况下可采用少量独立按键。364.10 基于FPGA的测试结构375 软件设计5.1 显示模块1底层驱动解决液晶读写操作，时序匹配，如果检测忙标志，尽量参加超时检测2初始化程序函数完成液晶的初始化设置383定点显示字符串函数用来在指定位置显示相关提示信息4定点显示十进制数函数便于调试中显示相关结果395.2 ADC驱动程序1底层驱动ADC信号定义；利用单片机IO口实现ADC接口时序，ADC采集函数返回二进制采集结果；2应用程序1定时采集函数利用定时中断方式实现采样，可方便修改采样

6、频率。402脉冲幅度计算采用高速采样的方式测量脉冲幅度，可采取算术平均值或滑动平均值方式进行处理。3测量结果电压转换41驱动程序1底层驱动DAC信号定义；利用单片机IO口实现DAC接口时序，DAC输出函数；2应用程序1电平设置函数入口参数：上限和下限电平百分比，脉冲幅度。根据需要编写单独的上限和下限电平设置函数。2峰值逼近函数入口参数：起始电压，终止电压，电压步进出口参数：脉冲峰值调用：比较器结果检测425.4 频率测量测频法16位定时/计数器闸门T 1秒：频率范围：1Hz65.535KHz闸门T 秒：频率范围： 10Hz655.35KHz 闸门时间实现方式，定时中断或时基中断实现。435测周

7、法 选择内部时钟作为定时/计数器计数脉冲，以被测信号2分频信号作为闸门，闸门的实现方式：AT89S51：闸门信号从INT0或INT1输入；C8051F，MSP430，STM32均可通过捕获存放器实现，上升沿捕获读取计数器结果N1，下降沿捕获读取计数结果N2，最后计数结果NN2-N1。 根据Tmax65535Tc，合理选择内部计数时钟，Tc越小，测量精度越高，但周期测量范围越小。44测频和测周法选择1中界频率如AT89S51单片机，闸门时间为秒，内部计数脉冲1us，中界频率为2测量方法选择：测周：测频455.4.4时间间隔测量1脉冲周期T根本局部：10us1s；发挥局部：2us1s；2脉冲宽度t

8、w根本局部：1090占空比，1us发挥局部：595占空比，3三角波上升时间tr和下降时间tft0.4T 根本局部：4us；发挥局部：；4占空比qqtw/T465时间间隔测量方法 时间间隔的测量方法同周期测量法，根据测量结果选择时钟频率。1AT89S51 Tmax655351us，无法直接测的时间间隔，可以利用一个8位计数变量TWH对溢出计数，即可扩展为24位计数结果，得到计数结果NTWH65536TH256TL472 MSP430G2553 系统时钟为16MHz，定时器时钟设置为SMCLK，SMCLK时钟源为XT2CLK，定时器时钟源为SMCLK，SMCLK分频DIVSx 可选择1，2，4，8

9、，定时器输入分频IDx可选择1，2，4，8。选择DIVSx8， Idx8，那么计数频率为，计数周期4us，最大时间间隔为，为了测量更大的时间间隔，同样需要增加计数变量，以扩展计数器位数。48 DIVSxIdx1248时间间隔10.06250.1250.250.5最小单位us20.1250.250.5140.250.51280.512414.0959388.19187516.3837532.7675最大单位ms28.19187516.3837532.767565.535416.3837532.767565.535131.07832.767565.535131.07262.14496 系统调试1安

10、装前测试 测电源与地之间的电阻，判断是否短路；肉眼观察电路板，线与线之间是否短路，是否有线腐蚀断了。2安装器件 1按功能模块安装器件，按器件高度由低到高，体积由小到大的顺序安装器件 2安装好关键器件后检测电源和地之间是否短路 3安装时确定器件型号，参数，方向503安装后测试1首先检测电源和地2肉眼观察是否有短路，虚焊，器件型号，方向错误3检测关键信号线4加电测试首先确定电源是否符合要求加电瞬间观察是否有异常，如发热等，有异常迅速断电检查通电正常后，确认电路板电源电压514功能测试1单片机最小系统示波器测时钟脚应有振荡波形万用表测复位管脚，按键按下为高，释放为低万用表测EA，应为高。该局部正常单片机一般能工作。2显示模块指定位置显示字符，整数3比较器模块利用示波器双踪观测比较器输入和输出波形524ADC测试模拟输入电压分别接VCC和0，循环调用A/