基于fpga的数字示波器设计

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1、3摘要本设计是一个采样率高达100MSPS、模拟带宽10MHz的便携式数字示波器，采用XILINX的FPGA器件来作为系统核心器件来设计。系统使用可编程逻辑实现部分数字电路功能，使用内嵌Microblaze软核CPU执行系统的运算与控制功能。示波器的模数转换器采用AD9283-80实现。整个系统的设计由两部分完成，一是完成硬件电路的设计；二是采用ise10.0开发套件设计系统的软件功能。本便携式数字示波器具有体积小、重量轻、成本低及低功耗的优点。　　关键词：Microblaze；A/D转换器；示波器；FIFO；VHDL3

2、AbstractThisdesignisasamplingrateashighas80MSPS,simulationofportabledigitaloscilloscopesbandwidth10MHzXILINXFPGAdevice,thecoredeviceasasystemdesign.SystemsusetheFPGAinternalprogrammablelogicrealizepartofdigitalcircuitfunction,useinlineMicroblazesoftnuclearCPUexec

3、utionsystemoperationandcontrolfunction,oscilloscopebyAD9283-80adc.Thewholesystemdesignconsistsoftwoparts,protel99sefinishEDAsoftwarefinishprintedcircuitboarddesign,useise10.0developmentkittodesignthesystemofFPGApart.Thisportabledigitaloscilloscopeshasvolumeissmal

4、landexquisite,lowcost,lowpowerconsumptionadvantages.Keywords：MicroblazeA/DconverterOscilloscopeFIFOVHDL3目录绪论11便携式数字示波器的组成21.1设计原理及思路21.2便携式数字示波器的结构21.3便携式数字示波器的性能32方案论证32.1任务分析与实现32.2硬件方案论证42.2.1整体方案选择42.2.2显示器件选择52.2.3A/D转换器选择52.2.4可编程增益放大器方案论证62.2.5模拟电压输出方案论证72

5、.3软件代码量估算73便携式数字示波器硬件设计83.1电源电路设计93.2耦合和衰减电路设计103.3增益可变放大电路设计103.4A/D转换电路设计113.5PWM电路设计123.6显示设计133.7整体电路144便携式数字示波器FPGA设计154.1设计思路154.2顶层设计154.3CPU设计174.4时钟分配模块设计184.5采样率设置模块设计194.6FIFO模块设计194.7触发设置204.8pwm模块设计215microblaze软件设计21IIII5.1软件总体概述215.2文字显示设计225.3波形显示

6、函数设计225.3波形读取225.4采样率设置235.5参数刷新236调试与分析236.1调试中遇到的问题简述236.2热转印制作电路板的问题现象以及解决方法236.3microblaze程序中定义长数组后程序不能在rom中运行246.4lcd刷新缓慢的解决方法246.5A/D转换器的调试246.6调试过程24结论27参考文献28致谢28IIII北京城市学院2011届毕业设计绪论示波器作为在电子技术领域中重要的测量工具有着无可取代的地位，它能将探测到的电压波形显示到屏幕上，为电路设计者提供了一种直观的电路状态反映。示波器

7、不仅仅是一种重要的测量仪器，他更是电子技术飞速发展的结晶。早期的示波器是一种模拟电子仪器，输入的电压利用电磁偏转控制电子束移动，这样电子束在移动的过程中激发屏幕上的荧光粉发光从而留下轨迹，此轨迹被称之为“波形”，这是一种实时的波形。随着电子技术的发展，这种实时的波形难以满足人们的需要，于是数字存储示波器诞生了，数字示波器采用“存储回放”的思想将模拟的电压信号转换为数字信号进行存储并显示到屏幕上，这中方法使得各种瞬间的信号捕捉变得更加容易。设计一台性价比高的示波器成了现代厂商们追求的目标，这些示波器往往具有较全面的功能和优

8、异的性能，但是他们的体积往往比较大且操作繁琐，在实际应用的过程中大多数情况下不需要那么全面的功能，因此设计一个精简的便携式示波器非常有必要，就像现在的精简指令计算机一样，不常用的指令就给去掉，那些复杂的指令虽然方便，但是占用资源。本便携式数字示波器主要优点是：1．体积小巧；2．成本低廉；3．方便易用；4．系统集成度高