基于USB接口和FPGA控制的虛擬儀器設計
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USB接口電路綜合多方面因素進行考慮，選用Philips公司的專用USB接口芯片PDIUSBD12和AT-MEL公司的AT89S52單片機進行連接來實現USB總線接口功能。PDIUSBD12芯片提供了與任何外部微控制器或微處理器連接的高速并行接口。對單片機而言，PDIUSBD12就像一個帶8位數據總線和地址總線的存儲器件。PDIUSBD12芯片與單片機連接有兩種方式：地址和數據總線復用模式和非復用模式。這兩種模式的主要區別是芯片的第10引腳ALE和第28引腳A0的連接有所不同。本系統采用地址和數據總線復用模式，將第10腳ALE連接到單片機的地址鎖存使能端ALE，該腳將地址／數據總線上的地址信息鎖存，并通過內部邏輯產生選通信號，來判斷總線上傳輸的是命令還是數據，因此單片機與該芯片的通信采用如下的方式：一個偶數地址表示單片機對芯片進行讀／寫數據，本設計中使用7F00H地址，一個奇數地址表示單片機對芯片寫入操作指令，本設計中使用7F01H地址。在這種模式下，該芯片的28引腳A0可以忽略，通過上拉電阻接電源。PDIUSBD12與單片機的連接電路原理圖如圖6所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/163549.htm
3 系統軟件設計
應用程序是指為了完成某項或某幾項特定任務開發運行于操作系統之上的計算機程序。本系統利用Borland C++ Builder 6．0開發了一個具有基本硬件控制、數據傳輸、數據處理與顯示功能的應用程序。該應用程序主要包括顯示部分和控制面板部分。顯示部分可以將經過一定處理的信號數據顯示出來，并可對顯示方式做一定的調整。控制面板部分可以在控制數據采集硬件電路的啟動、停止、采樣頻率以及存儲數據、頻譜分析等工作。
應用軟件是整個系統的控制中心，所有的命令都是由這里發出的。主要由面板顯示部分、觸發采集數據與讀取數據部分、采樣頻率控制部分、頻譜分析部分、波形保存與回放部分、調節波形顯示部分等幾部分組成的。工作過程如下：軟件先發出開始波形信號采集的命令，通過USB接口控制FPGA采集數據，根據采樣頻率即可大概估計FPGA采集500個點所需要的時間，經過適當的延時之后就控制從FPGA存儲器讀取采集的數據，然后根據采樣頻率和信號的放大倍數對數據進行適當的處理，最后就在面板上顯示出來。定時地重復上面的過程就能夠定時地更新顯示的波形，從而實時顯示信號的波形。
應用程序中主循環程序是核心內容，它主要是檢查事件標志，然后進入對應的子程序進行進一步處理。本系統主要用到端點2的輸入與輸出兩個功能，利用端點2的輸入傳輸采集到的數據，利用端點2的輸出讓單片機接受計算機的命令，例如啟動采樣，改變采樣頻率等。主循環程序的流程圖如圖7所示。
最后開發出具有多功能綜合測量應用軟件界面如圖8所示。
4 結 語
本設計是在C++ Builder。的應用軟件開發環境下，由PDIUSBD12的USB接口芯片組成的USB接口電路及FPGA控制的數據采集系統做成的虛擬數字示波器。該系統能實現對信號幅度在±O．1～±25 V，頻率在0～1 MHz的信號進行測量并顯示出波形。本設計研究的虛擬數字示波器具有普通示波器的顯示信號波形的功能，而且具有普通示波器所不具有的存儲和回放信號的波形、頻譜分析等功能。通過對應用軟件進行操作，可對信號波形進行左右拉伸、上下拉伸、左右移動和上下移動。還可以對信號進行頻譜分析、存儲和顯示信號的波形，調節信號的采樣頻率。實驗結果表明該設計方案是可行的，并具有較好的應用前景。
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