993397218基于FPGA的简易数字存储示波器设计

1、基于fpga的简易数字存储示波器设计时间： 来源：电子科技 作者：* 淮海工学院0 引言 高速数字化采集技术和fpga技术的发展已经对传统测试仪器产生了深刻的影响。数字存储示波器(ds0)是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物，他主要以微处理器、数字存储器、ad转换器和da转换器为核心，输入信号首先经ad转换器转换成数字信号，然后存储在ram中，需要时再将ram中的内容读出，经da转换器恢复为模拟信号显示在示波器上，或者通过接口与计算机相连对存储的信号作进一步处理，这样可大大改进显示特性，增强功能，便于控制和智能化。这种dso中看到的波形是由采集到的数据经过重构后得到的波形，而

2、不是加到输入端上信号的波形。本文采用基于fpga的方式进行数据采集、数据处理等功能的设计。这种设计方案在高速数据采集上具有很多优点，如体积小、功耗低、时钟频率高、内部延时小、全部控制逻辑由硬件完成等，另外编程配置灵活、开发周期短、利用硬件描述语言来编程，可实现程序的并行执行，这将会大大提高系统的性能，有利于在系统设计和现场运行后对系统进行修改、调试、升级等。1 系统实现方案 根据设计指标要求，基于fpga的系统结构如图1所示，主要由模数转换、数模转换、fpga数据处理、数据存储四部分组成。由垂直分辨率大于或等于32点div可知ad、da转换器至少8位，系统选用ad976(16位ad转换器)和a

3、d669(16位da转换器)，由于受plc i0口数量的影响，ad976和da669使用其中13位，ram选hm6264(64k)，时钟采用125khz，plc选用epfl0k10lc84一3。模拟信号通过ad转换器将信号输入给fpga，fpga根据相关指令进行数据存储至ram或将数据从ram读出送给da转换器转换成模拟信号输出。 2 系统主要电路 系统中fpga数据处理模块将ad输入、ram数据存储和da输出连接在一起，实现信号的传递、存储等控制。输入电路中ad转换芯片选用ad公司的ad976，它是16位高速，高精度ad转换器，最大采集率为100ksps，输入信号范围为一10+10v，rc为

4、读数转换控制端，cs为片选端，电路连接如图2所示。 数据存储器hm6264是64k的静态sram，8位i0公共输入出线，13位地址线，三态输出。地址有效条件是csl=0，cs2=lnwe=0，oe=1执行写操作；we=1，oe=o执行读操作。电路连接如图3所示。 输出电路中da转换芯片ad669也是ad公司推出的16位高速，高精度da转换器，具有高性价比，电路连接如图4所示。 3 fpga程序设计 此部分实现的主要的功能是将ad转换后的数据经fpga控制写入ram及将数据从ram读出经fpga输出给da转换器，顶层原理图如图5所示。外围主要接口端功能为：a153为数据输入端，clk4m为时钟信

5、号端，tongin为触发端口，cs、rc、we、oe为片选、转换、读写控制端，rami、ramo、aa为存储器io端、地址端，qq为数据输出端。 其中模块chana实现的功能是对数据的最高位取反，因为ad976最高位“l”表示负电平，而ad669最高位“1”表示高电平；模块intrd在en为“1”，信号上升沿过零点时，q输出为“l”，直到完成对存储器的写操作为止；模块signd是整个程序的核心部分，主要功能是为存储器和lad976提供控制信号，启动ad转换，对存储器进行写操作和读操作；模块san在对存储器由写操作转变为读操作后，将存储器的数据输出变为高阻态，不妨碍存储器数据的正常读入；模块tong端口a外接开关，按下时低电平，起同步作用。仿真结果如图6，(a)为写操作时的仿真波形；(b)为读操作时的仿真波形。当运行在写操作时，qq无输出，如图6(a)所示，实现存储功能，读操作时，qq输出，由于模块chana的存在，qq输出的数据要对a输入的数据首位取反，即a输入是0101，qq输出是1101，如图6(b)所示，仿真结果正确。 4 结语 本文以plc器件为控制核心，通过附加一定的外电路及普通示波器构成简易数字存储器，使普通示波器具有波形数字存储的功能。其中以fpga为主部件的控制部分采用vhdl语言，按模块化方式进行设计，并将各模块集