基本信息
- 项目名称：
- 多功能手持数字示波表
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品以FPGA为核心，采用SOPC技术嵌入CPU,以彩色触摸液晶屏作为人机交互界面。该示波表等效采样率高达20G Sa/s，同时系统还具有可测4mV小信号、测频、测幅、触发沿选择等功能。采用320×240触摸屏液晶显示，去掉了传统的按键，使操作更加方便快捷，体积更小，携带方便。该示波器在同类产品中体积最小，整个示波表的面积仅为6.5cm×11.5cm=74.75cm²，高度仅为1.6cm。
- 详细介绍：
- 在核心控制方面采用SOPC的设计理念，在FPGA内部嵌入NIOS Ⅱ CPU软核，然后在其外围（FPGA内部），通过Verilog HDL加入一些专用的数据处理模块。这样既能完成低速复杂的逻辑控制，又能完成高速的数据处理。去掉了芯片间的串行通信，减小了PCB板得面积。其中NIOS Ⅱ负责控制输入、输出设备，控制其他逻辑模块的功能和状态等。其外围的逻辑模块则单一的负责如测频，数据采集功能等。通过SOPC的应用软硬件的裁剪和升级都相当方便，且明显减小了PCB板得面积.
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1、开发一款便携式手持示波表，减小现有示波器的体积和重量，以适合在任何场合都能应用。 2、降低示波器的成本，提高性价比，使示波器的应用更加普及。 3、降低示波器的二次开发成本，使示波器的升级更加方便和灵活，使示波表测量功能多样化，以便能更好的在医疗行业、工业控制、电子测量等方面有所应用，例如在医疗方面心电图的记录，工业方面记录温、湿度等的变化曲线，电子测量行业信号的测量等。 【创新点】 1、本作品性价比高，体积小，重量轻，便于携带。 2、极大地降低二次开发的成本和缩短了开发的周期。 3、系统的稳定性好 4、应用领域广泛,摆脱了传统示波表只能进行单一信号测量的盲区 5、采样率高，采样方式灵活。 6、垂直灵敏度高，有很强的小信号采集能力。 【技术指标】 1、硬件尺寸：长11.5cm，宽6.5cm，高1.6cm。 2、采样率：等效采样率20GSa/s实时采样率25MSa/s (AD芯片为32MSPS的AD9280)。 3、垂直灵敏度：2mV/div-20V/div（1-2-5步进）,误差：±5%。 （详细技术指标见附件）
科学性、先进性
- 【科学的先进性】 1、采用SOPC技术在FPGA中嵌入Nios II内核。SOPC即可编程片上系统，用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上。它有着灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。嵌入内核减少了通信中的干扰，同时还可以很方便的更改内核的外设，如串口，显示控制器，定时器等。Nios II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，其性能超过200DMIPS，在Altera FPGA中实现仅需35美分。大大提高了系统的稳定性，降低了产品本身和二次开发的成本，使产品具有很强的市场竞争力 2、该作品可以很方便的同医疗卫生、工业控制、电子测量等技术领域紧密结合，使该作品使用范围更广，市场竞争力更强。 本作品具有体积小、重量轻，精度高、携带和操作方便的优点，既实现了示波器显示信号波形信息的功能，又可以方便的记录并存储温度，湿度、心电图等的变化曲线。有具有很强的实用性和巨大的市场潜力，代表了当代电子测量仪器的一种发展趋势。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、作品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 【市场前景及同类产品比较】 目前市场上的示波器以箱式的为主，箱式示波器体积大、重量大、携带很不方便，尤其是CRT示波器。传统示波器主要靠硬件实现信号采集功能，这使得控制电路庞大复杂，难以根据市场需要灵活对软硬件做出调整。产品调整成本高昂。 本作品采用SOPC技术嵌入Nios II内核，同时使用硬件描述语言描述信号处理模块，通信模块，接口模块和存储模块，使大部分硬件都集成在FPGA芯片中，减少了很多外围硬件并且减小了示波器的体积和重量，增强便携性和实用性。 【推广前景】 体积小、重量轻、成本低、便于携带,其面积仅6.5cm×11.5cm，高度仅1.6cm。 具有丰富的可编程资源，可以外扩心电图记录，温湿度检测等模块，可以方便的应用到各个领域。 采用SOPC技术可灵活的升级软硬件，可根据用户需要对软硬件做灵活的增加和裁剪,降低二次开发的成本，缩短开发周期。 整体电路设计简洁明了，便于安装调试，便于工程师和电子爱好者的DIY。
同类课题研究水平概述
- 从第一台示波器出现到今天，已经有六十多年的历史了，其间的发展大致分为20世纪30～50年代的电子管示波器阶段，20世纪60年代的晶体管示波器阶段，20世纪70年代集成化示波器阶段，80年代以来的数字示波器阶段。 我们的多功能手持数字示波表完全解决以上缺点。其优势如下: 1、性价比高，体积小，便于携带。 采用稳定，高速，具有丰富内核资源的FPGA作为主控，硬件上的很多功能已经通过我们编写的Verilog HDL程序实现并嵌入在FPGA硅片上，这减少了很多外围元件，减小了PCB板的面积。提高了性价比，减小了体积。这个作品的体积为6.5cm×11.5cm×1.6cm，比同类产品都要小。 2、二次开发成本低，开发周期短 该作品大部分硬件和功能都嵌入在FPGA硅片上，运用SOPC技术，在不改变硬件的前提下，可灵活的对软硬件进行裁剪、扩充和升级。极大地降低二次开发的成本和缩短了开发的周期。现在的数字示波器集成化、数字化程度还很低，二次开发成本高，研发周期长。 3、人机交互界面更人性化，操作简便 现有数字示波器大都采用旋钮按键结合注释的人机交互方式。这种方式人机交互界面很生硬，操作复杂。该示波表采用320×240的彩色触摸液晶，使触摸屏显示内容丰富细腻。触摸屏还具有坚固耐用、反应速度快、节省空间，易于交流等许多优点，而市面上使用触摸屏作为示波表人机交互界面的寥寥无几。利用触摸屏技术用户只要用手指轻轻地碰触显示屏上的图标或文字就能实现对示波器的操作，从而使人机交互更为直截了当。 4、应用领域广 FPGA具有丰富的可编程逻辑资源，该示波表只用了FPGA 62%的资源，利用剩余这些资源，我们可以很方便的扩展，扩展后能够方便的用在医疗卫生、工业控制、电力电子、电子测量等领域。现有数字示波表资源少，可扩展性差，使用领域窄。 在技术指标方面，该示波表的垂直灵敏度：2mV/div-20V/div（1-2-5步进），采样率：等效采样20G Sa/s实时采样25M Sa/s两个方面普遍高于国产的手持示波表。垂直误差，垂直分辨率，输入阻抗，模拟带宽，最大输入电压等参数与国产示波器不相上下。
