基于SoPC的數字示波器設計

摘要：在此提出一種基于SoPC的數字示波器設計。采用FPGA作為核心器件，通過硬件邏輯模塊和NiosⅡ嵌入式處理器對高速A／D所采集的數據進行快速存儲和處理，最終將波形還原顯示在彩色液晶屏上。另外，還設計了用于PC機的軟件以還原存儲的波形信息，該軟件同樣也能夠進行光標測量等操作。
關鍵詞：數字示波器；SoPC；NiosⅡ；光標測量

0 引言
在電子技術領域中，示波器的應用非常廣泛，使用它可以方便直觀地觀察到信號的全貌，并測量信號的幅度、頻率、周期等基本參數。傳統的模擬示波器顯示時采用熒光物質的余輝時間都是一定的，導致其難以觀測到周期較長的信號。另外，模擬示波器還無法對信號進行一些特殊的數學處理(如FFT)。而數字示波器正好可以克服模擬示波器的不足，它采用各種先進的測量技術來滿足各種應用。如基于采樣原理，采用高速A／D轉換器實現高速數據采集，將模擬信號數字化，然后借助處理器強大的數據處理能力實現各種數字信號處理算法，將波形以圖形的方式直觀地顯示出來，并能夠得到被測信號各種豐富的參數。

1 系統總體方案
本設計的系統框圖如圖1所示，得益于FPGA的靈活性，系統的大部分功能都在FPGA內部完成，使得整體結構非常簡潔。外圍電路主要包括A／D轉換模塊、LCD顯示器、SD卡、FLASH和按鍵。

A／D轉換模塊的功能是實現模擬信號到數字信號的轉換；FLASH模塊的功能是存儲SoPC(System-on-a-Programmable-Chip)片上系統的固件程序；SD卡模塊的功能是實現測量信息的長期、大量存儲，提供與PC機的接口，便于后期在計算機上進行分析；LCD模塊的功能是對測量信號波形和相關參數的實時顯示；按鍵模塊的功能是提供整機的調節和控制接口。

2 FPGA邏輯功能模塊設計
FPGA內部系統框圖如圖2所示。它主要由采樣率控制器、觸發控制單元、FIFO控制器、頻率測量單元、按鍵控制單元和LCD驅動器構成。