基于fpga的虚拟示波器设计

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1、万方数据第27卷第12期煤炭技术V01．27．No．122008年12JrlCoalTechno}ogvDee．2008基于FPGA的虚拟示波器设计毕可仁(中国矿业大学信电学院，江苏徐州221008)摘要：介绍了一种基于FPGA的双通道60MHz的虚拟示波器设计。利用高速A／D转换器ADS5237实时采样输入信号，通过USB总线将实时数据送人I，c，在Pc上实现波形的实时采样、分析、存储和显示。同时给出了具体电路的实现方法，通过运行数据采集程序及处理程序，表明该系统工作稳定可靠。关键词：数据采集；A／D转化；FPGA；USB传输中图分类号：TP21文献标识码

2、：A文章编号：1008—8725(2008)12—0036—03DummyOscilloscopeDesignBasedonFPGABIKe—ren【CollegeofInformationandElectricalEngineering-ChinaUniversityofMiningandTechnology．Xuzhou221008-China}Abstract：ThisintroduceaoscilloscopewhittwochunnelsbaseOilFPGAwhichcancollectdataonahighspeedas60MHz．Collec

3、trealtimedatabyahighspeedA／DconvenerADS5237andtransmitittoPCbytheUSBbus．Itcansample，analysize，storeanddisplaytherealtimewavebyPC．Atthesametine，theassociatedcircuitdesignisgiven．Throughrunningthedataacquisitionandprocessingtheprogram，knowingthatthissystemworkstable．Keywords：datacoll

4、ecting；A／Dconversion；FPGA；USBtransmission0引言微型计算机的虚拟仪器是现代电子测量仪器发展的重要方向，其中虚拟示波器是一种应用十分广泛的虚拟仪器。虚拟示波器能充分发挥和利用计算机的软硬件资源，使之成为仪器功能的组成部分，比如利用计算机的图形界面完成对虚拟控制和显示面板的定义；利用计算机的存储及文件功能完成对信号的记忆、存储和回显；利用计算机的数据处理及控制能力完成对数据的采集、传送、分析处理和显示等‘“。1系统组成结构及工作原理输入信号经前置放大及增益可调电路转换后，成为符合A／D转换器要求的输入电压，经A／D转换后的

5、数字信号，由FPGA内的FIFO缓存，再经USB接口传输到计算机中¨1，由上位机统一处理进行数据和图形显示(在这里上位机有VB语言编写)。图I系统框图1．1数据采集前端处理单元极管和电阻构成的过载保护电路，将输入信号限制本系统的测量电压的范围可达到±300V，采用在±1．5V的范围之间。对于阻抗变换，选择ADI示波器探头和电路板上分压的方法将输入信号先进公司的高性能FET输入单电压反馈放大器AD8138行1：1或10：1或100：1衰减，然后再通过后续电路芯片，构成跟随器来实现阻抗变换。经过阻抗变换处理以满足A／D转换器的输入电压范围要求。的信号，还要通过增

6、益调节(如图2)。被测信号通过通用探头和分压器得到的输出信1．2高速数据采集单元号，由于输出阻抗较高，需要经过阻抗变换成为低的本系统可实现双通道同步数据采集，而且每通输出阻抗，以保持信号的完整性。同时，对于一个系道的采集速度要达到60Mbit／s，考虑到两路数据采统来讲，过载是不可避免的，在过载情况下，如果没集应保持同步并行，因此在设计中采用每通道都有有保护，器件很容易损坏。因此，系统中设计了由二独自的采样保持器和A／D转换器。选用TI公司收稿日期：2008—08—20；修订日期：2008—09—20作者简介：毕可仁(1965一)，男，山东容城人，高级工程师

7、，现为中国矿业大学信电学院硕士研究生。万方数据第12期毕可仁：基于FPCA的虚拟示波器设计·37·图2数据前端处理电路ADS5237型AID转换芯片，具有并行COMS接口的频功能也是本设计采用这种产品的原因。倍频后双路、10位的65一MSPSADC是一款双路、高速以及FPGA主频120MHz，同时为模数转换芯片提供时钟高动态范围ADC，包括一个高带宽采样保持放大器，可大幅度降低尼奎斯特速率以及更大范围内的杂散性能。该器件采用数字纠错技术，能实现出色的差动线性特性，满足影像应用高精确要求。应用中端与高端超声系统、工业影像、通信IF处理、基站、视频以及CCD数字

8、化，具有低功耗、小尺寸、高动态性能的特点。示波器数据