实验指导书现代时域测试2.docx
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实验指导书现代时域测试2
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实验指导书
《现代时域测试》实验2
-----数字存储示波器的程序升级和指标测试
一．实验目的
1.熟悉数字存储示波器基本工作原理
2.熟悉数字存储示波器的主要技术指标
3.熟练掌握数字示波器的使用方法
4.掌握相关指标的测试方法
二．实验内容
1.完成实验平台FPGA配置程序的升级
2.完成实验平台处理板DSP软件的升级
3.测量实验平台的最高实时采样率和等效采样率
4.测量实验平台的存储深度
三．预备知识
1.了解数字存储示波器原理
2.熟悉数字存储示波器主要指标测试方法
3.熟悉XilinxISEDesignSuite13.2开发环境使用方法
四．实验设备与工具
测试技术与嵌入式系统综合实践平台、信号源、XilinxISEDesignSuite13.2开发环境、XlinxCable-Ⅲ下载线、U盘
五．实验原理与说明
1.实验平台模块简介
本实验平台结构框图如图1所示，输入信号首先经过信号调理模拟通道，进行适当的放大或衰减，调理至ADC的输入范围后送到采集模块；采集模块将模拟的信号进行数字量化，转换成8bit的数据流送至FPGA进行缓冲存储，其中FPGA为ADC提供250MHz的采样时钟，FPGA内部实现触发功能、高速数据的接收和缓冲，并与处理模块实现接口互连，将量化的二进制数据送至处理模块；处理模块包括DSP、SDRAM、FLASH存储器、异步串行接口、USB接口、键盘接口、显示接口等，将转换的二进制数据进行处理并送LCD显示；另外，本实验平台包括一DMM模块，和处理板相连接，能够实现数字万用表的电压测量、电阻测量、二极管测量、电容测量等。
图1测试技术与嵌入式系统综合测试实践平台
图2测试技术与嵌入式系统综合测试实践平台实物照片
2.采样率
✓实时采样real-timesampling
一次采集信号上的若干采样点，并基于采样点的时间顺序显示被测波形的方法。
✓等效采样repetitivesampling
对于周期（重复）信号，每次在一个信号周期采集一定数量的采样点，经过对多个信号周期进行多次采集，积累足够的采样点数量，并基于多次采集之间的时间关系，对采样点重新排列，进而显示出被测波形。
✓采样率samplingrate
单位时间内对信号进行采样的次数（Sa/s或SPS）。
为区分实时采样和等效采样，通常将基于实时采样的采样率称为实时采样率，基于等效采样的采样率称为等效采样率。
3.存储深度
✓存储深度storagedepth
表示示波器在最高实时采样率下连续采集并存储采样点的能力，通常用采样点数（pts）表示。
六．实验步骤
1.FPGA配置程序的升级
1）将XlinxCable-Ⅲ的JTAG头插入PG1000_ACQ数字电路板（采集板）的J5，并将其USB连接头插入计算机的USB接口中，给实验平台接上电源。
2）启动XilinxISEiMPACT软件
3）双击“BoundaryScan”，进入配置程序界面
4）右键单击空白处，出现菜单。
5）点击“AddXilinxDevice”,选择ut1000_top.bit文件
6）点击打开，出现如下界面：
7）在器件上方的虚线框内，点击右键，出现“AddSPI/BPIFlash。
。
”
8）左键点击AddSPI/BPIFlash，选择1114_1.mcs文件
9）点击“打开”，将出现“SelectAttachedSPI/BPI”对话框。
10）点击右侧对话框中的下拉菜单，选择PartName为“M25P20”。
点击OK确定。
11）器件XILIN上方出现FLASH图标，右键单击FLASH，选择Program.
12）出现选项框DeviceProgrammingProperties，去掉“Verify”后的勾选，并点击“OK”确认
13）点击OK，出现进度条。
14）进度条满后配置完成，出现SUCCESS.
15）断电，拔下XlinxCable-Ⅲ的JTAG插头。
16）若烧录失败，可能是JTAG未插正确，或者是仿真器未正确识别。
17）烧录处理板的FPGA，流程类似，JTAG插在处理板的J4口上，烧录文件在《处理板FPGA》文件夹中。
2.DSP软件的升级
a）．断开实验平台的电源，将拷有程序升级文件的U盘插入实验平台的USBHOST接口上。
b）．接通断开实验平台的电源，将进入程序升级系统欢迎界面，如图所示：
“欢迎使用USB程序升级系统，按F5，进行程序升级操作，按F1，退出程序升级系统”。
c）．在进行第4步操作的显示图中，按下F5键，进入程序升级操作，如果用户U盘根目录下中有一个升级程序包，直接进入第四步，否则将弹出下图所示的升级文件选择界面，调节拨盘选择所需文件，按F5确认选中升级文件，按F1退出升级。
d）．升级系统对选中的升级文件进行判别，符合程序升级条件后，进入下图所示界面，提示“请您确认是否需要继续进行程序升级”。
e）．在上图所示界面上，按F5，确定需要对当前程序进行升级，进入如下图所示界面，提示用户“程序正在进行更新，整个过程需要持续3~5分钟。
在更新系统时，请勿切断电源，否则会出现未知的错误。
当前程序更新进度为…%”。
注意：
在更新到这步时，出现断电或关机，将导致实验平台通电后不能正常工作，需要新插入U盘，根据提示一步一步完成程序升级后才能正常使用。
f）．当程序更新进度到100%，显示变为OK，表示完成当前程序更新完成，并显示如下图所示，提示“祝贺您程序升级成功，请拔出U盘,重新启动实验平台”。
注意：
程序更新成功后，重新启动实验平台，将会初始化实验平台，需要等待30秒~1分钟后才能进入运行界面。
3.采样率的测量
✓实时采样率：
实验平台采用的ADC是美国AnalogDevice公司的AD9481，该芯片的最高采样率为250MSPS，分辨率为8bit，其波形显示区域为水平12div、垂直8div，每格25个像素点，则该实验平台的最高实时采样率且无插值的时基档是。
调节信号发生器输出周期为T的正弦波。
设置被测实验平台垂直灵敏度于合适档，时基置于最高实时采样率且无插值档，触发方式设置为单次触发，显示方式设置为点显示。
启动实验平台采集功能，待采集结束后，观察实验平台采集到的信号是否为整数倍周期，若不是整数倍周期，则改变信号发生器周期T，重新启动采集，直至采集到整数倍周期信号；
观测一个周期内的采样点数N；根据式
（1）可计算出最高实时采样率fmax，并将结果记录下表。
……………………………………………
（1）
式中：
fmax——最高实时采样率，单位Sa/s；
N——被测信号一个周期的采样点个数；
T——被测信号的周期。
表1
内容
T
N
fmax
测试结果
✓等效采样率：
根据显示器的分辨率和实验平台最快时基来计算：
……………………………………………
（2）
式中：
——最高等效采样率，单位Sa/s；
——产品规范中给出的时基水平方向上每一格所包含像素的个数pixel/div；
——最小时基档级值（s/div）；
表2
内容
N
T
测试结果
4.存储深度的测量
由式（3），根据产品规范中给出的最大存储深度和最高实时采样率，选定一个被测信号的周期T，计算出被测信号周期数N（N为大于等于1的整数）。
设置信号发生器输出周期为T的正弦波。
调节实验平台垂直灵敏度于合适档，时基于最高实时采样率且无插值的最快档；触发方式为单次，点显示模式，启动采集，待采集结束后，在实验平台中观测采集到的信号周期个数N1应与通过式（3）计算出的周期数N一致。
……………………………………………（3）
式中：
fmax——产品规范中给出的最高实时采样率，单位Sa/s；
D——产品规范中给出的最大存储深度，单位pts；
T——被测信号的周期，单位s；
N——被测信号的周期个数（N=1，2，3……），N可按照存储深度的大小遵循便于观测的原则自行选定。
表3
内容
N
T
测试结果
七．实验要求与实验报告
✓实验最多3人一组，按小组提交实验报告，实验报告统一模板
✓实验报告提交截止日期：
2013年11月30日
✓电子档请发送至：
zenghao_zxy@
✓邮件主题&附件主题：
姓名-学号-现代时域测试实验报告
（2）
八．思考题
1.实时采样和等效采样分别应用在什么场合？
2.存储深度为什么要在最高实时采样率且无插值的最快时基档进行测量？
现代时域测试实验报告书
实验名称
班级学号姓名
实验时间：
年月日得分：
一、实验目的
二、实验内容
三、实验步骤
四、实验结果记录与分析
五、实验思考题
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