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基本信息
- 項目名稱：
- 多功能手持數(shù)字示波表
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 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交互界面。該示波表等效采樣率高達20G Sa/s，同時系統(tǒng)還具有可測4mV小信號、測頻、測幅、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，整個示波表的面積僅為6.5cm×11.5cm=74.75cm2，高度僅為1.6cm。
- 詳細介紹：
- 在核心控制方面采用SOPC的設(shè)計理念，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。這樣既能完成低速復(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責(zé)如測頻，數(shù)據(jù)采集功能等。通過SOPC的應(yīng)用軟硬件的裁剪和升級都相當(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、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1、開發(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，以適合在任何場合都能應(yīng)用。 2、降低示波器的成本，提高性價比，使示波器的應(yīng)用更加普及。 3、降低示波器的二次開發(fā)成本，使示波器的升級更加方便和靈活，使示波表測量功能多樣化，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，電子測量行業(yè)信號的測量等。 【創(chuàng)新點】 1、本作品性價比高，體積小，重量輕，便于攜帶。 2、極大地降低二次開發(fā)的成本和縮短了開發(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)示波表只能進行單一信號測量的盲區(qū) 5、采樣率高，采樣方式靈活。 6、垂直靈敏度高，有很強的小信號采集能力。 【技術(shù)指標(biāo)】 1、硬件尺寸：長11.5cm，寬6.5cm，高1.6cm。 2、采樣率：等效采樣率20GSa/s實時采樣率25MSa/s (AD芯片為32MSPS的AD9280)。 3、垂直靈敏度：2mV/div-20V/div（1-2-5步進）,誤差：±5%。 （詳細技術(shù)指標(biāo)見附件）
科學(xué)性、先進性
- 【科學(xué)的先進性】 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)把整個系統(tǒng)放到一塊硅片上。它有著靈活的設(shè)計方式，可裁減、可擴充、可升級，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200DMIPS，在Altera FPGA中實現(xiàn)僅需35美分。大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了產(chǎn)品本身和二次開發(fā)的成本，使產(chǎn)品具有很強的市場競爭力 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，市場競爭力更強。 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，既實現(xiàn)了示波器顯示信號波形信息的功能，又可以方便的記錄并存儲溫度，濕度、心電圖等的變化曲線。有具有很強的實用性和巨大的市場潛力，代表了當(dāng)代電子測量儀器的一種發(fā)展趨勢。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、作品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 【市場前景及同類產(chǎn)品比較】 目前市場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現(xiàn)信號采集功能，這使得控制電路龐大復(fù)雜，難以根據(jù)市場需要靈活對軟硬件做出調(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，同時使用硬件描述語言描述信號處理模塊，通信模塊，接口模塊和存儲模塊，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，增強便攜性和實用性。 【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，可以外擴心電圖記錄，溫濕度檢測等模塊，可以方便的應(yīng)用到各個領(lǐng)域。 采用SOPC技術(shù)可靈活的升級軟硬件，可根據(jù)用戶需要對軟硬件做靈活的增加和裁剪,降低二次開發(fā)的成本，縮短開發(fā)周期。 整體電路設(shè)計簡潔明了，便于安裝調(diào)試，便于工程師和電子愛好者的DIY。
同類課題研究水平概述
- 從第一臺示波器出現(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30～50年代的電子管示波器階段，20世紀60年代的晶體管示波器階段，20世紀70年代集成化示波器階段，80年代以來的數(shù)字示波器階段。 我們的多功能手持數(shù)字示波表完全解決以上缺點。其優(yōu)勢如下: 1、性價比高，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)通過我們編寫的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。提高了性價比，減小了體積。這個作品的體積為6.5cm×11.5cm×1.6cm，比同類產(chǎn)品都要小。 2、二次開發(fā)成本低，開發(fā)周期短 該作品大部分硬件和功能都嵌入在FPGA硅片上，運用SOPC技術(shù)，在不改變硬件的前提下，可靈活的對軟硬件進行裁剪、擴充和升級。極大地降低二次開發(fā)的成本和縮短了開發(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，二次開發(fā)成本高，研發(fā)周期長。 3、人機交互界面更人性化，操作簡便 現(xiàn)有數(shù)字示波器大都采用旋鈕按鍵結(jié)合注釋的人機交互方式。這種方式人機交互界面很生硬，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)容豐富細膩。觸摸屏還具有堅固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間，易于交流等許多優(yōu)點，而市面上使用觸摸屏作為示波表人機交互界面的寥寥無幾。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)或文字就能實現(xiàn)對示波器的操作，從而使人機交互更為直截了當(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展，擴展后能夠方便的用在醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)控制、電力電子、電子測量等領(lǐng)域?，F(xiàn)有數(shù)字示波表資源少，可擴展性差，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），采樣率：等效采樣20G Sa/s實時采樣25M Sa/s兩個方面普遍高于國產(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)與國產(chǎn)示波器不相上下。
