2016年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛
题目: 脉冲信号参数测量仪
题目编号： E题
参赛队编号： 参赛队学校： 参赛队学生：
二○一六年七月
目 录
摘要 .................................................................................................................................... 1 1.设计方案工作原理 ......................................................................................................... 1
1.1方案选择 ...................................................... 1 1.2总体方案设计 .................................................. 2 2.核心部件电路设计 ......................................................................................................... 3
2.1高速缓冲电路 .................................................. 3 2.2自动增益电路 .................................................. 3 2.3高速比较器电路 ................................................ 4 2.4放大电路 ...................................................... 5 3.系统软件设计分析 ......................................................................................................... 5
3.1 CPLD数据处理 ................................................. 5 4.竞赛工作环境条件 ......................................................................................................... 6
4.1设计分析软件环境 .............................................. 6 4.2仪器设备硬件平台 .............................................. 6 5.作品成效总结分析 ......................................................................................................... 6
5.1脉冲信号频率测量 .............................................. 6 5.2脉冲信号占空比测量 ............................................ 7 5.3脉冲信号幅值测量 .............................................. 7 5.4脉冲信号上升时间测量 .......................................... 8 6.参考文献 ......................................................................................................................... 8 附录 .................................................................................................. 错误！未定义书签。
脉冲信号参数测量仪
摘要：本作品以美国德州仪器（TI）生产的16位超低功耗单片机MSP430F169作为主控芯片，利用CPLD技术实现矩形脉冲信号的频率、占空比、上升时间的测量，并且利用CPLD产生一个标准矩形脉冲信号。本设计外围硬件电路主要由高速缓冲降压模块、AGC自动增益模块、幅度测量模块组成，通过对上述模块的合理整合，设计并制作了一个性能较好的脉冲信号参数测量仪。由于采用了AGC模块，系统实现了全程自动增益控制，稳定输出电压。
针对矩形脉冲信号的特点，本设计采用多种抗干扰措施，对电路布线进行优化，并合理运用低噪声芯片OP07、OPA690、VCA810、THS3001、TLV3501。后期，利用ADS1115及Matlab，对测试数据进行合理的分析，以优化算法系统，进一步提高了精度。
该脉冲信号参数测量仪结构简单，性能稳定，功能完善，达到了各项设计指标。 关键词：脉冲信号参数测量仪 ；CPLD ； AGC ；TLV3501 ；Matlab；
1.设计方案工作原理
1.1方案选择
本方案主要由THS3001缓冲模块、AGC自动增益模块、TLV3501高速比较模块、ADS1115模块组成，实现脉冲信号频率、占空比、幅度、上升时间测量。
1、主控部件选择
方案一：采用CPLD作为参数测量仪的主控芯片，完成参数测量及实时显示等全部功能。CPLD具有可编程和大规模集成的特点，此方案可以使电路大为简化，但此设计仅使用PLD不能充分发挥其特点及优势，导致系统性能降低。因此不采用此方案。
方案二：采用FPGA作为主控芯片，FPGA外围拓展功能更多，但在运行速度、编程灵活性以及使用方便性上CPLD优于FPGA,即在电路结构上FPGA更复杂，因此不采用此方案。
方案三：采用CPLD和单片机相结合的方案。分别利用CPLD在信号处理高速稳定方面以及单片机在逻辑运算、智能控制方面的优越性，使得电路不仅能够简化，而且能够达到设计要求，因此选择方案三。
2、频率测量
方案一：采用周期法。需要有标准倍的频率，在待测信号的一个周期内，记录标准频率的周期数，这种方法的计数值会产生±1个脉冲误差，并且测试精度与计数器中的记录的数值有关，为了保证测试精度，测周期法仅适用于低频信号的测量。
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