开源硬件挑战赛| 基于MAPS多功能测试测量实验平台

一、项目描述

FreescaleMAPS四色板K64核心板+EP4CE6CycloneIVFPGA+SDRAM+高速AD/DA模拟输入输出，K64mcu作为数据处理和TFT屏幕刷新显示，同时作为按键操作控制，FPGA作为高速AD/DA数据采集，FPGA挂载SDRAM作为数据缓存，高速AD作为模拟采样，高速DA作为信号数模转换输出。详细说明如下：

(1)15Mhz数字示波器功能：采用AD9280高速AD，32Msps采样率，配合相关衰减电路，做到15Mhz带宽，添加SD卡模块作为波形存储

(2)25Mhz信号源功能：采用AD9708高速DA,125Msps采样率，配合七阶巴特沃夫低通滤波器和幅度调节电路，实现25Mhz信号发生，包括正弦波、三角波、方波、锯齿波、任意波。

(3)五位数字电压表：利用K64内部自带16位AD，添加相关衰减电路，实现直流电压测量，可做到1mv测量精度

(4)五位数字电流表：利用K64内部自带16位AD，通过采样电阻使电流采样转换为电压采样，配合相关放大电路，实现直流电流测量，可做到1ma测量精度

(5)暂未添加扩展功能：可扩展wifi模块和usb通信，电脑上位机实现数据采集显示与处理，控制下位机相关功能。利用高速AD和K64内部DSP，作简单频谱分析。

二、关键设计指标

系统组成:飞思卡尔K64MAPS核心板+EP4CE6FPGA板+外部高速AD/DA模块+外扩控制接口板

显示：2.8寸320x240TFT液晶

FIFO及控制:FPGA

ADC:AD9280，8位32MSPS最大采样率

DAC:AD9708，8位125MSPS最大采样率

通道数：CH1示波输入、CH2信号输出

输入阻抗：20K

示波器带宽：15MHz

信号源带宽：20MHz

垂直灵敏度：10mV/div、20mV/div、50mV/div、100mV/div、200mV/div、500mV/div、1V/div、2V/div、5V/div

水平扫描时基：250ns、500ns、1μs、5μs、10μs、50μs、500μs、5ms、50ms、100ms、500ms

垂直精度：8bits

存储深度：8K

最大输入电压：10Vpp

最大输出电压：10Vpp

数字直流电压测量范围：0-33.000V

数字直流电压分辨率：1mV

数字直流电压测量误差：2mV

数字直流电流测量范围：0-5.000A

数字直流电流分辨率：1mA

数字直流电流测量误差：2mA

三、原理图和接口分配

1、系统框图

2、外部AD/DA模块结构框图

3、外部AD/DA模块与FPGA板接口对接

5、电压电流采集处理电路

四、制作过程

五、功能展示

1、开机界面

设计了四个功能，分别是示波器功能、波形输出功能、电压测量功能、电流测量功能，通过按键操作选中并进入对应功能，按退出键回到主功能界面

2、示波器功能

最大32MSPS采样率，15MHz带宽，波形显示，可测量峰峰值、最大值、最小值、频率、周期、上升时间、下降时间、均值、占空比等，垂直灵敏度可分10mV/div、20mV/div、50mV/div、100mV/div、200mV/div、500mV/div、1V/div、2V/div、5V/div，水平扫描基：250ns、500ns、1μs、5μs、10μs、50μs、500μs、5ms、50ms、100ms、500ms，垂直精度8bits，存储深度8K。可通过编码电位器调整垂直灵敏度和水平时基，按退出键退出示波器功能。

3、信号发生器功能

最大输出带宽20MHz，可输出正弦波、方波、三角波，频率和占空比可通过编码电位器调整，ON/OFF可开关输出，按退出键退出信号发生器功能

4、五位数字电压表功能

最大测量范围0-33.000V，测量分辨率1mV，误差+-2mV，温漂50PPM，刷新率2次/秒

5、五位数字电压表功能

最大测量范围0-5.000A，测量分辨率1mA，误差+-2mA，温漂25PPM，采样电阻为75毫欧，刷新率2次/秒，大电流发热较大，注意散热

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