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取样示波器作为电子产品领域研发过程中常用的测试工具,几乎在所有电子生产过程中,都会被设计工程师用作观察精微的信号和偶发事件。取样示波器可以帮助设计人员更快完成电子系统的设计与除错,其精准的信号测量功能及丰富的数据分析功能为硬件设计的实现提供了有力的检测手段。随着行业发展,低带宽、低精度、功能单一的示波器已无法满足科研和生产需求,在日益激烈的市场竞争中,高带宽、高精度取样示波器越来越成为电子设计工程师和军用项目研发人员的追求。垂直系统作为取样示波器中测量信号幅值功能的主要模块,在取样示波器实现信号的高精度测量时,对其提出了更高的要求。本文针对取样示波器垂直系统功能要求,设计了中频信号垂直放大电路及高精度数据采集模块。通过对中频信号调理模块输出的模拟信号进行阶梯放大,然后使用高精度模数转换器对其进行采集,再通过USB串行总线将数字信号发送到上位机进行显示和处理。最后对所设计的硬件电路与软件程序进行测试分析,得出结论:所设计模块硬件及软件功能均可实现,满足项目需求,为测试仪器垂直系统的实现提供了新的实现方案,为取样示波器的设计提供了新思路,具有一定的使用价值。本文主要从以下几个方面进行分析:1、首先,本文研究了单回路反馈反相比例运算电路工作原理、高精度数据采集原理和USB传输通信原理。提出了基于FPGA的垂直放大电路和高精度数据采集传输模块。在FPGA的控制下,可实现对中频信号阶梯放大、模数转化以及数据传输。通过运用Multsim和modelsim软件对研究系统进行关键功能理论仿真,为取样示波器垂直系统功能的实现奠定了坚实的理论基础。2、其次,依照项目要求,在硬件方面,设计了以FPGA为主控芯片的垂直放大电路、ADC(模数转换器)采集电路和USB传输电路,并且针对各模块正常工作需求,完成了模拟电源电路和数字电源电路的设计。在软件方面,设计了ADC信号采集模块、USB数据传输通信模块以及基于Labview的上位机数据处理程序及显示界面。3、最后,搭建了试验系统,对垂直放大电路,数据采集传输电路和上位机显示进行测试。实验结果表明,垂直放大电路具有良好的准确度和低噪声性能,数据采集传输能正常工作,上位机界面可正常显示,满足项目要求。