一種數(shù)字示波器的微處理器硬件電路設(shè)計(jì)

　　以太網(wǎng)的接口電路設(shè)計(jì)

　　用示波器測(cè)量電信號(hào)時(shí)，信息和測(cè)量結(jié)果便捷的保存和共享變得日益重要。若數(shù)字示波器提供以太網(wǎng)接口，開發(fā)人員就可以方便地將測(cè)量數(shù)據(jù)和結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)共享，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試；也可以將波形數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到PC機(jī)上，在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)波形數(shù)據(jù)的處理、分析和顯示。

　　OMAP-L138內(nèi)部集成的以太網(wǎng)控制器（EMAC）支持IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，支持10Base-T和100Base-T兩種以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，有全雙工和半雙工兩種工作模式可供選擇，提供了MII和RMII兩種以太網(wǎng)接口。

　　選用LAN8710以太網(wǎng)收發(fā)器，該以太網(wǎng)收發(fā)器提供MII和RMII兩種以太網(wǎng)接口。本設(shè)計(jì)采用MII接口實(shí)現(xiàn)LAN8710與EMAC的互聯(lián)。MII接口包括一個(gè)數(shù)據(jù)接口，一個(gè)MAC和PHY之間的管理接口。數(shù)據(jù)接口包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨(dú)立信道。每條信道有4根數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘和控制信號(hào)，其中管理接口是雙信號(hào)接口：一個(gè)是時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)信號(hào)。通過管理接口，上層能監(jiān)視和控制PHY。管理接口的時(shí)鐘MDC由EMAC提供，最高可達(dá)8.3MHz；數(shù)據(jù)信號(hào)MDIO是雙向接口，與MDC同步，控制收發(fā)器并從收發(fā)器收集狀態(tài)信息。可收集的信息包括鏈接狀態(tài)、傳輸速度與選擇、斷電、低功率休眠狀態(tài)、TX/RX模式選擇、自動(dòng)協(xié)商控制、環(huán)回模式控制等。

　　以太網(wǎng)接口連接示意圖如圖6所示：

圖6 以太網(wǎng)接口連接示意圖

　　本設(shè)計(jì)采用外接25M有源晶振為以太網(wǎng)收發(fā)器提供時(shí)鐘輸入，當(dāng)配置為100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)，LAN8710提供給EMAC 25MHz的發(fā)送時(shí)鐘TXCLK和接收時(shí)鐘RXCLK；當(dāng)配置為10Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)，25MHz時(shí)鐘輸入經(jīng)LAN8710內(nèi)部PLL分頻10倍后得到2.5MHz的收、發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)鐘送給EMAC。發(fā)送數(shù)據(jù)總線TXD[3:0]和接收數(shù)據(jù)總線RXD[3:0]分別在發(fā)送時(shí)鐘TXCLK和接收時(shí)鐘RXCLK的上升沿被觸發(fā)。當(dāng)選擇半雙工工作模式時(shí)，網(wǎng)絡(luò)沖突監(jiān)測(cè)信號(hào)COL若檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送沖突，該信號(hào)會(huì)自動(dòng)置位報(bào)警。載波感應(yīng)信號(hào)CRS在網(wǎng)絡(luò)處于繁忙狀態(tài)時(shí)，會(huì)自動(dòng)置位并告知EMAC。若在接收的幀中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤標(biāo)志信號(hào)RXERR會(huì)置位，并持續(xù)一個(gè)或幾個(gè)RXCLK時(shí)鐘周期。

　　結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)控制同步執(zhí)行；微處理器內(nèi)部存儲(chǔ)資源豐富，且采用二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)響應(yīng)速度快；外設(shè)資源豐富，提供了如USB接口、RS232接口和以太網(wǎng)接口等與PC機(jī)互聯(lián)的接口，方便示波器上采集到的波形數(shù)據(jù)在PC機(jī)上實(shí)時(shí)處理和在線調(diào)試；外部存儲(chǔ)器資源豐富，采用1Gbit 容量的DDR2 SDRAM作后級(jí)波形數(shù)據(jù)緩存區(qū)和顯示數(shù)據(jù)緩存區(qū)，能夠存儲(chǔ)更多波形數(shù)據(jù)，觀察到更多波形細(xì)節(jié)。由此可見，采用該示波器系統(tǒng)可大幅提高數(shù)字示波器的數(shù)據(jù)處理能力和波形捕獲率，整機(jī)的響應(yīng)速度也將上一個(gè)臺(tái)階。