基于SOPC系統的虛擬示波器設計

　　2.3 嵌入式USB協議棧開發

　　USB協議復雜，虛擬示波器系統開發的USB協議棧基于microc/os－Ⅱ，并采用了如圖7的分層結構，以減少開發調試的難度。

　　硬件抽象層和命令接口層都與硬件相關，硬件抽象層負責對SX2的寄存器進行讀寫操作，而命令接口則實現與SX2的工作方式有關的操作；協議層與平臺無關，其主要完成USB的枚舉及各端口數據處理；應用層完成對提供調用的函數進行封裝，應用層提供了簡單的API接口，其利用senddata函數發送數據到主機，同時利用recdata函數從主機接收數據以及廠商請求的函數，上層程序只要簡單地調試這3個函數而無需關注USB協議，即可完成虛擬示波器的USB通信。

　　3 虛擬示波器上位機軟件設計

　　3.1 虛擬示波器USB通信的封裝

　　虛擬示波器上位機程序采用LabWindows/CVI開發，其本身并不支持USB通信，因此采用了調用外部模塊的方法。采用VC++編寫程序，將USB通信底層函數進行封裝，編譯成DLL，再供LabWindows/CVI進行調用。為此，將動態鏈接庫的頭文件和DLL文件導入進工程，生成1個FP的驅動器，這時虛擬示波器系統就可以直接調用DLL里面提供的函數。

　　3.3 虛擬示波器面板程序的開發

　　圖8中，用戶對虛擬示波器面板上的垂直幅度調節、水平寬度調節等按鈕操作時，系統會將相應的操作命令傳送給下位機，并由下位機調節垂直幅度和水平時基等，從而實現用戶對虛擬示波器系統的操作。

　　4 測試結果

　　采用FPGA處理器和ALTERA公司的NiosⅡ軟核完成虛擬示波器系統設計后，進行了多次測試，其性能指標如表1所示。

　　由表1可知，該虛擬示波器達到了一般模擬示波器的指標。然而由于本系統采用虛擬儀器技術，在功能上增加單次采樣、波形保存等功能，因此與普通示波器相比，其成本低廉，操作界面更友好、簡便。

　　5　結論

　　本文以LabWindows/CVI為開發平臺，設計了1種雙通道虛擬示波器，該示波器利用FPGA 中嵌入的NiosⅡ軟核構成的SOPC系統，完成虛擬示波器各模塊的管理；利用嵌入式USB協議，配合片外的模擬信號處理模塊，通過USB總線，完成各種波形數據的采集，經上位機軟件完成了波形顯示和數據分析，并實現了儀器的各種操作功能。實際測試結果表明，該虛擬示波器達到了或優于一般模擬示波器的性能指標。
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