一種數(shù)字示波器的微處理器硬件電路設(shè)計(jì)

引言

　　隨著通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，電信號(hào)越來(lái)越復(fù)雜化和瞬態(tài)化，開(kāi)發(fā)人員對(duì)測(cè)量領(lǐng)域必不可少的工具——數(shù)字示波器的性能提出了越來(lái)越高的要求。最大限度提高實(shí)時(shí)采樣率和波形捕獲能力成為了國(guó)內(nèi)外眾多數(shù)字示波器生產(chǎn)廠商研究的重點(diǎn)，實(shí)時(shí)采樣率和波形捕獲率的提高又必然帶來(lái)大量高速波形數(shù)據(jù)的傳輸、保存和處理的問(wèn)題。因此，作為數(shù)字示波器數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制的中樞，微處理器性能至關(guān)重要。本文選用TI公司的雙核DSP OMAP-L138作為本設(shè)計(jì)的微處理器，并實(shí)現(xiàn)了一種數(shù)字示波器微處理器硬件設(shè)計(jì)。

　　數(shù)字示波器的基本架構(gòu)

　　目前數(shù)字示波器多采用DSP、內(nèi)嵌微處理器型FPGA或微處理器+FPGA架構(gòu)。雖然內(nèi)嵌微處理器型FPGA靈活性強(qiáng)，可以充分進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證，便于系統(tǒng)升級(jí)且FPGA外圍電路簡(jiǎn)單。但是該類型FPGA屬于高端FPGA，價(jià)高且供貨渠道難得，不適合低成本的數(shù)字示波器使用。若單獨(dú)使用DSP，雖然其數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，運(yùn)行速度較高，但DSP的控制能力不突出，且數(shù)字示波器的采樣率越來(lái)越高，DSP內(nèi)部不能做數(shù)據(jù)流降速和緩存，當(dāng)設(shè)計(jì)采用高實(shí)時(shí)采樣率的ADC，就得選用頻率更高且內(nèi)部存儲(chǔ)資源更豐富的DSP，而此類DSP一般都價(jià)格昂貴，同樣不適合低成本的數(shù)字示波器使用。因此，微處理器+FPGA架構(gòu)的方案是本設(shè)計(jì)首選。微處理器+FPGA架構(gòu)的數(shù)字示波器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 微處理器+FPGA架構(gòu)的數(shù)字示波器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　被測(cè)信號(hào)經(jīng)模擬通道運(yùn)放調(diào)理后送到ADC器件；ADC轉(zhuǎn)換器將輸入端的信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)并經(jīng)過(guò)FPGA緩存和預(yù)處理；微處理器對(duì)采樣得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理與運(yùn)算；最后將波形送到屏幕上顯示，完成一次采集過(guò)程。同時(shí)采集過(guò)程中觸發(fā)電路不斷監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，看是否出現(xiàn)觸發(fā)狀態(tài)，觸發(fā)條件決定了波形的起始位置，觸發(fā)系統(tǒng)能夠保證被測(cè)波形能夠穩(wěn)定的顯示到屏幕上。