基于51單片機(jī)和FPGA的簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)

5 硬件電路設(shè)計(jì)

5．1 程控放大電路

　　采用模擬開(kāi)關(guān)CD4051、寬帶運(yùn)算放大器AD844及精密電位器實(shí)現(xiàn)10 mV／div～2 V／div的多檔垂直分辨率。FPGA含有通道選擇寄存器模塊，通過(guò)單片機(jī)寫入通道號(hào)控制模擬開(kāi)關(guān)以選通不同的反饋電阻，實(shí)現(xiàn)不同放大倍數(shù)，將信號(hào)調(diào)理在滿足AD9220的0～4 V的范圍內(nèi)，具體電路如圖2所示。


5．2 數(shù)據(jù)采集模塊

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用ADI公司的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9220實(shí)現(xiàn)波形信號(hào)的采集，AD9220最高采樣速率可達(dá)10 MHz，采用外部晶體振蕩器8 MHz，FPGA內(nèi)部通過(guò)采樣實(shí)現(xiàn)波形存儲(chǔ)。AD9220有直流耦合和交流耦合兩種輸入方式。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用直流耦合，0~5 V的輸入方式。采用內(nèi)部2．5 V參考電壓。由于系統(tǒng)垂直分辨率只需255級(jí)，故采用AD9220的高8位。數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示。


5．3 FPGA設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用Verilog HDL語(yǔ)言，在QuartusII軟件下對(duì)FPGA進(jìn)行邏輯電路的描述編程，可靈活實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需電路和控制模塊。
5．3．1 觸發(fā)模塊

　　單片機(jī)先向FPGA模塊寫入設(shè)置的觸發(fā)電壓，F(xiàn)PGA內(nèi)部相比較后，當(dāng)采樣值大于該觸發(fā)電壓時(shí)，則產(chǎn)生一次觸發(fā)。圖4為觸發(fā)模塊。

5．3．2 程控放大控制模塊

　　單片機(jī)首先以100 mv／div的檔位對(duì)信號(hào)采樣，通過(guò)比較與該信號(hào)最近的模擬開(kāi)關(guān)的通道號(hào)，然后寫入控制字，產(chǎn)生相應(yīng)通道號(hào)，實(shí)現(xiàn)垂直分辨率的調(diào)整。