基于Linux的PXIe数字示波器软件设计
这是一篇关于银河麒麟,数字示波器,PCIe总线,IVI驱动,自动校正的论文, 主要内容为数字示波器是电子测量仪器领域应用最为广泛的仪器之一,如今正朝着集成化、多功能的方向发展。近年来,国内电子工业等领域对于数字示波器的需求与日俱增,并强调数据安全和自主可控,在提高软硬件国产化率的需求下,对基于国产操作系统的数字示波器软件的研制提出了迫切需求。因此,本文基于自研的数字示波器模块,采用国产银河麒麟Linux操作系统和Qt软件,克服国产操作系统的软件生态不足的困难,完成数字示波器的软件设计。本论文主要阐述以下内容。1.符合可互换虚拟仪器驱动(Interchangeable Virtual Instruments,IVI)规范的示波器驱动:分为PXI Express内核驱动和示波器IVI驱动。PXIe内核驱动实现银河麒麟操作系统下数字示波器硬件模块与软件之间的设备连接和寄存器访问;示波器IVI驱动的实现是将原有的基于Windows系统、使用CVI设计的数字示波器软件驱动向Linux系统移植,使用自定义虚拟仪器软件结构(Virtual Instrument Software Architecture,VISA)库接口来实现银河麒麟操作系统下数字示波器的功能,并提供二次开发库接口供上层图形用户界面调用,函数接口主要包括数据采集、水平控制、通道控制、触发控制、自动设置、波形运算、参数测量等。2.示波器上位机软件:示波器上位机软件实现对仪器的控制,使用Qt设计的界面交互性良好、功能丰富、面板雅观、标准化,可降低用户使用数字示波器各项功能时的学习成本。3.自校准软件:实现触发校正算法,以完成触发抖动和触发精度的高精度测量;实现基线及移位非线性、增益、触发电平的校准,以修正硬件芯片所引起的波形偏差。本文完成了基于银河麒麟Linux操作系统的数字示波器驱动开发,通过用户界面验证了数字示波器功能的完整性及相应功能指标的完备性,其中通过设计算法实现了触发抖动50ps的精度,该软件使用流畅,能够满足用户需求。经过对数字示波器软件功能的测试,本文所设计的基于Linux的PXIe数字示波器软件满足设计需求。
示波器波形运算模块设计
这是一篇关于数字示波器,数学运算,模式匹配,包络运算,插值运算的论文, 主要内容为数字示波器是在多种场景下对信号进行波形分析的强大测试工具,具有信号捕获与显示以及直方图统计、抖动分析、频谱分析和滤波等分析与处理功能。完善的波形运算功能是示波器应对各类复杂信号测试的重要保障之一。因此,提高数字示波器的波形运算能力是当前示波器研发的热点。本论文依托于数字示波器软件平台,以提高示波器软件系统的波形运算能力为目的,基于MVP架构对示波器数学运算软件结构进行优化,完成了软件系统上各项数学运算功能,着重研究包络运算功能的设计与实现、插值运算的改进与应用,最终提高了示波器的波形运算能力和电子测量水平。具体涉及的内容如下:1、数学运算模块总体设计。在字符串数学表达式的解析计算过程中,为解决目前C#动态代码出现的代码可读性低、调试困难度大、运行时间较长等问题,提出了一种基于C#模式匹配的解析方案。该方案具有高效简洁的特性,能在数学模块中对各类信号进行用户自定义表达式组合运算,快速准确地实现包括包络运算和插值运算在内的数学公式解析,提高示波器对复杂运算的处理能力。2、包络运算设计。为准确提取信号的包络信息、更加清晰直观地观测信号的异常和获取测量所需结果,本文在示波器数学运算模块中完善包络运算功能。通过对比半波包络检测、全波包络检测、希尔伯特复包络检测和复平方律包络检测算法的包络信号参数测量准确度,结合示波器软件系统设计包络运算功能,并在示波器软件平台对多种信号进行测试与验证。3、插值运算设计。针对已有的线性插值方法在信号曲率变化时产生较大误差,光滑度不高的问题,在数学运算软件功能中引入了拉格朗日插值、牛顿插值和Akima插值。根据三种插值算法的特点,提出插值运算模块软件设计方案,并针对多种信号和抖动分析功能与系统现有算法进行插值效果对比分析。最终完善了软件系统中的插值运算功能,减小了信号重构的误差。本课题利用VS2022编译器,基于Windows平台、.NET Core框架和面向对象C#语言进行示波器软件开发,完成了各功能的项目代码。经过测试和验证,数学运算功能运行正常,包络运算和插值运算功能符合设计目标,达到了优化和丰富波形运算功能的目标。
基于Linux的PXIe数字示波器软件设计
这是一篇关于银河麒麟,数字示波器,PCIe总线,IVI驱动,自动校正的论文, 主要内容为数字示波器是电子测量仪器领域应用最为广泛的仪器之一,如今正朝着集成化、多功能的方向发展。近年来,国内电子工业等领域对于数字示波器的需求与日俱增,并强调数据安全和自主可控,在提高软硬件国产化率的需求下,对基于国产操作系统的数字示波器软件的研制提出了迫切需求。因此,本文基于自研的数字示波器模块,采用国产银河麒麟Linux操作系统和Qt软件,克服国产操作系统的软件生态不足的困难,完成数字示波器的软件设计。本论文主要阐述以下内容。1.符合可互换虚拟仪器驱动(Interchangeable Virtual Instruments,IVI)规范的示波器驱动:分为PXI Express内核驱动和示波器IVI驱动。PXIe内核驱动实现银河麒麟操作系统下数字示波器硬件模块与软件之间的设备连接和寄存器访问;示波器IVI驱动的实现是将原有的基于Windows系统、使用CVI设计的数字示波器软件驱动向Linux系统移植,使用自定义虚拟仪器软件结构(Virtual Instrument Software Architecture,VISA)库接口来实现银河麒麟操作系统下数字示波器的功能,并提供二次开发库接口供上层图形用户界面调用,函数接口主要包括数据采集、水平控制、通道控制、触发控制、自动设置、波形运算、参数测量等。2.示波器上位机软件:示波器上位机软件实现对仪器的控制,使用Qt设计的界面交互性良好、功能丰富、面板雅观、标准化,可降低用户使用数字示波器各项功能时的学习成本。3.自校准软件:实现触发校正算法,以完成触发抖动和触发精度的高精度测量;实现基线及移位非线性、增益、触发电平的校准,以修正硬件芯片所引起的波形偏差。本文完成了基于银河麒麟Linux操作系统的数字示波器驱动开发,通过用户界面验证了数字示波器功能的完整性及相应功能指标的完备性,其中通过设计算法实现了触发抖动50ps的精度,该软件使用流畅,能够满足用户需求。经过对数字示波器软件功能的测试,本文所设计的基于Linux的PXIe数字示波器软件满足设计需求。
基于四子带采样的16 GHz带宽数字示波器模拟前端设计
这是一篇关于数字示波器,模拟前端,四子带采样,混频放大,腔体屏蔽的论文, 主要内容为随着现代通讯技术、雷达技术的不断发展,需要高带宽高采样率的示波器来捕获和分析高速信号。示波器的带宽主要由模拟前端和ADC的带宽决定,国内示波器受到ADC带宽的限制难以满足高带宽示波器的需求。采样保持电路、ATI技术和子带采样技术是提高示波器带宽的常用方法,采用采样保持器的方案以及ATI系统技术方案对于时钟系统精度要求很高,电路结构相对复杂。故本论文采用子带采样技术来扩展示波器的模拟带宽,进而实现16GHz带宽的数字示波器。本文主要研究内容如下:一、根据示波器带宽、采样率及增益的需求分析,拟定了基于子带采样的16GHz数字示波器模拟前端的设计方案,将16 GHz带宽的模拟前端划分为四个子带,其中第一子带带宽范围为DC～6 GHz;第二子带带宽范围为6～10 GHz;第三子带带宽范围为10～15 GHz;第四子带带宽范围为15～16 GHz。二、模拟前端电路的设计与实现。第一子带通过设计高低频分离的阻抗变换电路实现了输入信号阻抗匹配;采用加减法运算放大电路实现了直流偏置的精细可控调节;采用级联固定增益放大电路与程控衰减器相结合方法实现了模拟信号的可变增益调理功能,同时可完成输入信号单端到差分的转换。第二至四子带采用混频放大电路实现,分别与10.5 GHz、9.5 GHz和14.5 GHz的本振信号混频,将输入信号频谱搬移至500 MHz～5.5 GHz带宽范围内完成采集;采用增益补偿电路优化输出带宽范围内的频率响应平坦度;在保证模拟前端带宽的基础上,采用级联低噪声放大电路结合数控衰减器实现了子带增益的灵活调节功能;设计ADC驱动电路,在保证输出增益不变的前提下实现了信号单端到差分的转换。三、屏蔽腔体的设计。基于CST仿真软件的辅助设计,采用矩形谐振腔体来抑制本振信号间的相互串扰以及输出频谱中的杂散信号。基于传输线理论,采用接地共面波导传输线抑制本振信号的辐射。采用PCB镀金工艺和渐变走线的方式优化了信号传输路径中阻抗不连续处的幅频曲线。通过测试,模拟通道满足16 GHz输入带宽、50Ω输入阻抗及-18～22 dB增益可控范围,且各子带带内杂散信号均小于-40 dBc;第一子带的增益可控范围为-9～22 dB;第二子带的增益可控范围为3～33 dB;第三子带的增益可控范围为-3～30dB;第四子带的增益可控范围为-0.5～30 dB,满足设计需求。
网络化多通道数字示波器集中控制系统的设计与实现
这是一篇关于数字示波器,衰减器,网络化,仪器程控的论文, 主要内容为随着电子信息技术的发展,数字示波器作为一种通用的信号测量仪器,广泛应用于航空航天、激光、核爆、军用电子系统等高科技领域。这些领域的信号往往具有功率大且功率值难以准确预测的特点,因此,需要对这些信号进行衰减处理,使其功率满足示波器的量程要求,再引入示波器进行测量和数据采集,这样可以起到保护示波器的作用。另外,这些领域的信号测量规模也越来越大,对测量的准确度、效率要求也越来越高,传统的以硬件测量仪器为主体、小规模的信号测量系统已经无法满足实际的生产应用需求,随之产生的是集仪器程控技术、计算机软件技术、网络通信技术于一体的集中控制系统。针对上述情况,本文设计与实现了一种网络化多通道数字示波器集中控制系统。论文主要做了如下工作:首先,本文介绍了一些高科技领域的信号测量特点和研究现状,分析了示波器集中控制系统的应用前景和意义。结合国内某物理实验的具体情况,在完成系统需求分析的基础上,提出了系统的硬件网络结构和软件总体方案,并选择了软件开发平台。接着,进行了衰减器模块设计和设备选型,实现衰减量100dB、步进1dB的程控可调,并装配成程控机箱,方便安装上架。同时,对仪器程控技术做了阐述,即上位机调用VISA接口函数实现SCPI指令的发送和数据接收。然后,进行了软件系统的设计与编程实现。在软件系统的设计方面,先提出了软件系统的结构设计,后介绍了系统的功能模块设计。在示波器程控的编程实现方面,通过引入示波器指令表设计,能方便实现系统对数字示波器在数量、种类、型号上的扩充,具有良好的扩展性。在主副控端通信的编程实现方面,分析了指令、单文件、多文件传输等多种情况,设计出合理的数据流接收流程控制逻辑,确保了数据的正确接收和处理。最后,进行了系统的运行测试。通过系统的运行测试,展示了系统的运行界面和数据结果,并进行了系统评价。
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