2.5GSPS高分辨率示波器数据分析与处理软件设计

摘要

高分辨率示波器是指使用12-bit ADC对模拟信号进行数字化转换的数字示波器，它比传统的使用8-bit ADC的数字示波器拥有更高的垂直分辨率和测量精度，使得示波器的量化误差更小，更能够精确采集和显示原始信号。
　　随着高速串行总线速率的不断提高、成本的日益降低与应用技术日趋成熟，基于“FPGA+工控机”的数字示波器体系结构得到了广泛的发展与应用。另外，利用操作系统提供的调度服务，可实现示波器软件系统的多线程执行，可大大提高软件运行吞吐量、资源利用效率与响应时间。
　　本文结合高分辨率示波器的开发项目，着重对数据分析与处理软件部分进行了研究，实现了高分辨率示波器参数测量模块、数学运算模块以及协议分析模块的软件设计，具体内容如下：
　　1.参数测量模块：使用频数直方图收集输入信号波形的基本信息，以频数直方图参数为基础，根据各个参数的定义计算并显示出包括幅值类和时间类参数在内的56种波形参数值。另外，通过使用队列数据结构对参数的历史值进行记录，提供参数在一段时间范围内的统计值。
　　2.数学运算模块：摒弃了传统多项式中的括号运算，而是根据各个数学通道的输入输出关系，将用户在各个数学通道中输入的子式映射成一棵多项式二叉树结构，最后利用树的递归遍历计算多项式的结果。另外，通过参数测量模块提供的接口获取指定参数的所有历史值和相应的位置信息，最后由定义计算出直方图、趋势图和追踪图的结果。
　　3.协议分析模块：通过软件向FPGA发送协议控制字，然后由FPGA实现对输入的协议信号的触发与解码功能，并将解码数据包依次存储到解码RAM中，最后由软件读取并以总线的形式显示解码RAM中的数据包。最终实现了RS232、I2C、SPI、USB、CAN、LIN、FlexRay、MIL、I2S、Ethernet、NRZ、Manchester、SENT、ARINC429、DigRF-3G、DigRF-V4、D-PHY等17种串行协议信号的触发和解码功能。
　　最后，对上述三个功能模块的测试过程中，都能得出在合理误差范围的计算结果，且功能模块运行稳定，证明了模块实现的算法与功能的正确性。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的内容与结构

第二章 高分辨率示波器总体框架及相关软件设计方案

2.1 硬件系统概述

2.2 软件系统概述

2.3 数据分析与处理软件设计方案

2.4 本章小结

第三章 参数测量模块软件功能设计

3.1 参数测量原理和软件结构

3.2 基本波形参数测量的实现

3.3 参数统计功能的实现

3.4 本章小结

第四章 数学运算模块软件功能设计

4.1 数学运算原理和软件结构

4.2 基本数学运算的实现

4.3 高级数学运算的实现

4.4 本章小结

第五章 协议分析模块软件功能设计

5.1 协议分析原理和软件结构

5.2 协议控制模块的实现

5.3 协议数据的存储

5.4 协议数据读取模块的实现

5.5 协议解码包显示模块的实现

5.6 本章小结

第六章 功能测试与验证

6.1 参数测量模块功能验证

6.2 数学运算模块功能验证

6.3 协议分析模块功能验证

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果