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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 多功能手持?jǐn)?shù)字示波表
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品以FPGA為核心，采用SOPC技術(shù)嵌入CPU,以彩色觸摸液晶屏作為人機(jī)交互界面。該示波表等效采樣率高達(dá)20G Sa/s，同時(shí)系統(tǒng)還具有可測(cè)4mV小信號(hào)、測(cè)頻、測(cè)幅、觸發(fā)沿選擇等功能。采用320×240觸摸屏液晶顯示，去掉了傳統(tǒng)的按鍵，使操作更加方便快捷，體積更小，攜帶方便。該示波器在同類產(chǎn)品中體積最小，整個(gè)示波表的面積僅為6.5cm×11.5cm=74.75cm2，高度僅為1.6cm。
- 詳細(xì)介紹：
- 在核心控制方面采用SOPC的設(shè)計(jì)理念，在FPGA內(nèi)部嵌入NIOS Ⅱ CPU軟核，然后在其外圍（FPGA內(nèi)部），通過(guò)Verilog HDL加入一些專用的數(shù)據(jù)處理模塊。這樣既能完成低速?gòu)?fù)雜的邏輯控制，又能完成高速的數(shù)據(jù)處理。去掉了芯片間的串行通信，減小了PCB板得面積。其中NIOS Ⅱ負(fù)責(zé)控制輸入、輸出設(shè)備，控制其他邏輯模塊的功能和狀態(tài)等。其外圍的邏輯模塊則單一的負(fù)責(zé)如測(cè)頻，數(shù)據(jù)采集功能等。通過(guò)SOPC的應(yīng)用軟硬件的裁剪和升級(jí)都相當(dāng)方便，且明顯減小了PCB板得面積.
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、開(kāi)發(fā)一款便攜式手持示波表，減小現(xiàn)有示波器的體積和重量，以適合在任何場(chǎng)合都能應(yīng)用。 2、降低示波器的成本，提高性價(jià)比，使示波器的應(yīng)用更加普及。 3、降低示波器的二次開(kāi)發(fā)成本，使示波器的升級(jí)更加方便和靈活，使示波表測(cè)量功能多樣化，以便能更好的在醫(yī)療行業(yè)、工業(yè)控制、電子測(cè)量等方面有所應(yīng)用，例如在醫(yī)療方面心電圖的記錄，工業(yè)方面記錄溫、濕度等的變化曲線，電子測(cè)量行業(yè)信號(hào)的測(cè)量等。 【創(chuàng)新點(diǎn)】 1、本作品性價(jià)比高，體積小，重量輕，便于攜帶。 2、極大地降低二次開(kāi)發(fā)的成本和縮短了開(kāi)發(fā)的周期。 3、系統(tǒng)的穩(wěn)定性好 4、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,擺脫了傳統(tǒng)示波表只能進(jìn)行單一信號(hào)測(cè)量的盲區(qū) 5、采樣率高，采樣方式靈活。 6、垂直靈敏度高，有很強(qiáng)的小信號(hào)采集能力。 【技術(shù)指標(biāo)】 1、硬件尺寸：長(zhǎng)11.5cm，寬6.5cm，高1.6cm。 2、采樣率：等效采樣率20GSa/s實(shí)時(shí)采樣率25MSa/s (AD芯片為32MSPS的AD9280)。 3、垂直靈敏度：2mV/div-20V/div（1-2-5步進(jìn)）,誤差：±5%。 （詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)附件）
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 【科學(xué)的先進(jìn)性】 1、采用SOPC技術(shù)在FPGA中嵌入Nios II內(nèi)核。SOPC即可編程片上系統(tǒng)，用可編程邏輯技術(shù)把整個(gè)系統(tǒng)放到一塊硅片上。它有著靈活的設(shè)計(jì)方式，可裁減、可擴(kuò)充、可升級(jí)，并具備軟硬件在系統(tǒng)可編程的功能。嵌入內(nèi)核減少了通信中的干擾，同時(shí)還可以很方便的更改內(nèi)核的外設(shè)，如串口，顯示控制器，定時(shí)器等。Nios II系列軟核處理器是Altera的第二代FPGA嵌入式處理器，其性能超過(guò)200DMIPS，在Altera FPGA中實(shí)現(xiàn)僅需35美分。大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了產(chǎn)品本身和二次開(kāi)發(fā)的成本，使產(chǎn)品具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 2、該作品可以很方便的同醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)控制、電子測(cè)量等技術(shù)領(lǐng)域緊密結(jié)合，使該作品使用范圍更廣，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。 本作品具有體積小、重量輕，精度高、攜帶和操作方便的優(yōu)點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了示波器顯示信號(hào)波形信息的功能，又可以方便的記錄并存儲(chǔ)溫度，濕度、心電圖等的變化曲線。有具有很強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的市場(chǎng)潛力，代表了當(dāng)代電子測(cè)量?jī)x器的一種發(fā)展趨勢(shì)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、作品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 【市場(chǎng)前景及同類產(chǎn)品比較】 目前市場(chǎng)上的示波器以箱式的為主，箱式示波器體積大、重量大、攜帶很不方便，尤其是CRT示波器。傳統(tǒng)示波器主要靠硬件實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集功能，這使得控制電路龐大復(fù)雜，難以根據(jù)市場(chǎng)需要靈活對(duì)軟硬件做出調(diào)整。產(chǎn)品調(diào)整成本高昂。 本作品采用SOPC技術(shù)嵌入Nios II內(nèi)核，同時(shí)使用硬件描述語(yǔ)言描述信號(hào)處理模塊，通信模塊，接口模塊和存儲(chǔ)模塊，使大部分硬件都集成在FPGA芯片中，減少了很多外圍硬件并且減小了示波器的體積和重量，增強(qiáng)便攜性和實(shí)用性。 【推廣前景】 體積小、重量輕、成本低、便于攜帶,其面積僅6.5cm×11.5cm，高度僅1.6cm。 具有豐富的可編程資源，可以外擴(kuò)心電圖記錄，溫濕度檢測(cè)等模塊，可以方便的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。 采用SOPC技術(shù)可靈活的升級(jí)軟硬件，可根據(jù)用戶需要對(duì)軟硬件做靈活的增加和裁剪,降低二次開(kāi)發(fā)的成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。 整體電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了，便于安裝調(diào)試，便于工程師和電子愛(ài)好者的DIY。
同類課題研究水平概述
- 從第一臺(tái)示波器出現(xiàn)到今天，已經(jīng)有六十多年的歷史了，其間的發(fā)展大致分為20世紀(jì)30～50年代的電子管示波器階段，20世紀(jì)60年代的晶體管示波器階段，20世紀(jì)70年代集成化示波器階段，80年代以來(lái)的數(shù)字示波器階段。 我們的多功能手持?jǐn)?shù)字示波表完全解決以上缺點(diǎn)。其優(yōu)勢(shì)如下: 1、性價(jià)比高，體積小，便于攜帶。 采用穩(wěn)定，高速，具有豐富內(nèi)核資源的FPGA作為主控，硬件上的很多功能已經(jīng)通過(guò)我們編寫(xiě)的Verilog HDL程序?qū)崿F(xiàn)并嵌入在FPGA硅片上，這減少了很多外圍元件，減小了PCB板的面積。提高了性價(jià)比，減小了體積。這個(gè)作品的體積為6.5cm×11.5cm×1.6cm，比同類產(chǎn)品都要小。 2、二次開(kāi)發(fā)成本低，開(kāi)發(fā)周期短 該作品大部分硬件和功能都嵌入在FPGA硅片上，運(yùn)用SOPC技術(shù)，在不改變硬件的前提下，可靈活的對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪、擴(kuò)充和升級(jí)。極大地降低二次開(kāi)發(fā)的成本和縮短了開(kāi)發(fā)的周期?，F(xiàn)在的數(shù)字示波器集成化、數(shù)字化程度還很低，二次開(kāi)發(fā)成本高，研發(fā)周期長(zhǎng)。 3、人機(jī)交互界面更人性化，操作簡(jiǎn)便 現(xiàn)有數(shù)字示波器大都采用旋鈕按鍵結(jié)合注釋的人機(jī)交互方式。這種方式人機(jī)交互界面很生硬，操作復(fù)雜。該示波表采用320×240的彩色觸摸液晶，使觸摸屏顯示內(nèi)容豐富細(xì)膩。觸摸屏還具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間，易于交流等許多優(yōu)點(diǎn)，而市面上使用觸摸屏作為示波表人機(jī)交互界面的寥寥無(wú)幾。利用觸摸屏技術(shù)用戶只要用手指輕輕地碰觸顯示屏上的圖標(biāo)或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)示波器的操作，從而使人機(jī)交互更為直截了當(dāng)。 4、應(yīng)用領(lǐng)域廣 FPGA具有豐富的可編程邏輯資源，該示波表只用了FPGA 62%的資源，利用剩余這些資源，我們可以很方便的擴(kuò)展，擴(kuò)展后能夠方便的用在醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)控制、電力電子、電子測(cè)量等領(lǐng)域?，F(xiàn)有數(shù)字示波表資源少，可擴(kuò)展性差，使用領(lǐng)域窄。 在技術(shù)指標(biāo)方面，該示波表的垂直靈敏度：2mV/div-20V/div（1-2-5步進(jìn)），采樣率：等效采樣20G Sa/s實(shí)時(shí)采樣25M Sa/s兩個(gè)方面普遍高于國(guó)產(chǎn)的手持示波表。垂直誤差，垂直分辨率，輸入阻抗，模擬帶寬，最大輸入電壓等參數(shù)與國(guó)產(chǎn)示波器不相上下。
