基于SoPC的數(shù)字示波器設(shè)計(jì)

摘要：在此提出一種基于SoPC的數(shù)字示波器設(shè)計(jì)。采用FPGA作為核心器件，通過(guò)硬件邏輯模塊和NiosⅡ嵌入式處理器對(duì)高速A／D所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速存儲(chǔ)和處理，最終將波形還原顯示在彩色液晶屏上。另外，還設(shè)計(jì)了用于PC機(jī)的軟件以還原存儲(chǔ)的波形信息，該軟件同樣也能夠進(jìn)行光標(biāo)測(cè)量等操作。
關(guān)鍵詞：數(shù)字示波器；SoPC；NiosⅡ；光標(biāo)測(cè)量

0 引言
在電子技術(shù)領(lǐng)域中，示波器的應(yīng)用非常廣泛，使用它可以方便直觀地觀察到信號(hào)的全貌，并測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、周期等基本參數(shù)。傳統(tǒng)的模擬示波器顯示時(shí)采用熒光物質(zhì)的余輝時(shí)間都是一定的，導(dǎo)致其難以觀測(cè)到周期較長(zhǎng)的信號(hào)。另外，模擬示波器還無(wú)法對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些特殊的數(shù)學(xué)處理(如FFT)。而數(shù)字示波器正好可以克服模擬示波器的不足，它采用各種先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)來(lái)滿足各種應(yīng)用。如基于采樣原理，采用高速A／D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，將模擬信號(hào)數(shù)字化，然后借助處理器強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法，將波形以圖形的方式直觀地顯示出來(lái)，并能夠得到被測(cè)信號(hào)各種豐富的參數(shù)。

1 系統(tǒng)總體方案
本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示，得益于FPGA的靈活性，系統(tǒng)的大部分功能都在FPGA內(nèi)部完成，使得整體結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔。外圍電路主要包括A／D轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示器、SD卡、FLASH和按鍵。

A／D轉(zhuǎn)換模塊的功能是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；FLASH模塊的功能是存儲(chǔ)SoPC(System-on-a-Programmable-Chip)片上系統(tǒng)的固件程序；SD卡模塊的功能是實(shí)現(xiàn)測(cè)量信息的長(zhǎng)期、大量存儲(chǔ)，提供與PC機(jī)的接口，便于后期在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析；LCD模塊的功能是對(duì)測(cè)量信號(hào)波形和相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示；按鍵模塊的功能是提供整機(jī)的調(diào)節(jié)和控制接口。

2 FPGA邏輯功能模塊設(shè)計(jì)
FPGA內(nèi)部系統(tǒng)框圖如圖2所示。它主要由采樣率控制器、觸發(fā)控制單元、FIFO控制器、頻率測(cè)量單元、按鍵控制單元和LCD驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。