基于FPGA的簡易可存儲示波器設計

摘要：　本文介紹了一種基于FPGA的采樣速度60Mbit/s的雙通道簡易數(shù)字示波器設計，能夠?qū)崿F(xiàn)量程和采樣頻率的自動調(diào)整、數(shù)據(jù)緩存、顯示以及與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。
關鍵詞：數(shù)據(jù)采集；數(shù)字示波器；FPGA

引言

　　傳統(tǒng)的示波器雖然功能齊全，但是體積大、重量重、成本高、等一系列問題使應用受到了限制。有鑒于此，便攜式數(shù)字存儲采集器就應運而生，它采用了LCD顯示、高速A/D采集與轉(zhuǎn)換、ASIC芯片等新技術，具有很強的實用性和巨大的市場潛力，也代表了當代電子測量儀器的一種發(fā)展趨勢，即向功能多、體積小、重量輕、使用方便的掌上型儀器發(fā)展。

系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理

　　系統(tǒng)的硬件部分為一塊高速的數(shù)據(jù)采集電路板。它能夠?qū)崿F(xiàn)雙通道數(shù)據(jù)輸入，每路采樣頻率可達到60Mbit/s。從功能上可以將硬件系統(tǒng)分為：信號前端放大及調(diào)理模塊、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA邏輯控制模塊、單片機控制模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊、液晶顯示和鍵盤控制等幾部分，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

　
　　　　圖1  系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

　　輸入信號經(jīng)前置放大及增益可調(diào)電路轉(zhuǎn)換后，成為符合A/D轉(zhuǎn)換器要求的輸入電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，由FPGA內(nèi)的FIFO緩存，再經(jīng)USB接口傳輸?shù)接嬎銠C中，供后續(xù)數(shù)據(jù)處理，或直接由單片機控制將采集到的信號顯示在液晶屏幕上。

高速數(shù)據(jù)采集模塊

　　本系統(tǒng)可實現(xiàn)雙通道同步數(shù)據(jù)采集，而且每通道的采集速度要達到60Mbit/s，考慮到兩路數(shù)據(jù)采集應保持同步并行，因此在設計中采用每通道都有獨自的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器。選用MAXIM公司MAX1197型A/D轉(zhuǎn)換器，它是一款雙通道、3.3V供電、每通道60Mbit/s采樣頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片。它內(nèi)部集成雙路差分寬帶采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，可以輸出鎖存，具有低功耗、小尺寸、高動態(tài)性能的特點。

　　本系統(tǒng)的測量電壓的范圍可達到