基于FPGA的虛擬DPO設(shè)計方案

　　圖6采集控制框圖

　　現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array, FPGA）是一種含有可編程元件的設(shè)備，其速度一般比專用集成電路慢，但仍快于通用微處理器，適合做高速數(shù)據(jù)控制器。并且FPGA的可編程特性和低廉的價格適合項目初期開發(fā)階段的原型驗證。

　　示波器的采集控制和數(shù)據(jù)緩沖模塊是在FPGA中完成的，該模塊根據(jù)用戶設(shè)定的觸發(fā)條件，從無限長的波形信號中截取用戶感興趣的部分來顯示。數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的存取控制模塊也在FPGA中實現(xiàn)。

　　2.4數(shù)字熒光處理模塊

　　數(shù)字熒光處理單元的主要工作有如下幾個方面：

　　（1） 進行波形的熒光顯示，達到模擬示波器的熒光顯示效果

　　數(shù)字熒光示波器將采集到的波形進行熒光顯示，通過波形亮度顯示長時間內(nèi)信號出現(xiàn)的頻度情況，完整地保留了多個通道波形顯示的亮度層次信息，達到模擬示波器的熒光顯示效果。在某一點的出現(xiàn)頻度越大，該點在熒光屏上顯示的亮度就越大；在某一點的出現(xiàn)頻度越小，該點在熒光屏上顯示的亮度就越小。

　?。?） 網(wǎng)格的調(diào)節(jié)控制

　　當利用數(shù)字熒光示波器觀測信號時，為了觀測精確，需要熒光屏在顯示波形信號的同時顯示網(wǎng)格。

　?。?） 波形熒光顯示亮度的調(diào)節(jié)控制

　　當利用數(shù)字熒光示波器觀測信號時，顯示的波形亮度會直接影響到觀測效果，過亮或者過暗的波形，會使波形的細節(jié)分辨不清，都不利于用戶觀測。因此，需要加入波形熒光顯示亮度的調(diào)節(jié)功能，使用戶可以調(diào)節(jié)熒光屏上顯示的波形亮度，有利于波形觀測。

　?。?） 波形消隱百分比的調(diào)節(jié)控制

　　當利用數(shù)字熒光示波器觀測信號時，有時需要使波形在屏幕上滯留一定的時間后再消失，或者有時需要將出現(xiàn)的波形永遠顯示在熒光屏上，如毛刺等偶發(fā)信號。因此，需要加入波形消隱百分比的調(diào)節(jié)功能，使用戶可以調(diào)節(jié)波形在熒光屏上顯示的持續(xù)時間。

　?。?） 多通道波形的熒光顯示及通道優(yōu)先級的控制

　　當示波器同時觀測多個通道時，不同的通道應該顯示為不同的顏色以示區(qū)分。同時，多個通道同時顯示時，應有優(yōu)先級的區(qū)分，即哪一個通道應該顯示在最上層。用戶應該能夠通過調(diào)節(jié)控制，將最關(guān)心的通道波形顯示在所有波形的最上層，便于波形觀測。

　　（6） 滿足數(shù)字熒光示波器實時顯示的要求

　　示波器是一種實時測量儀器，需要滿足波形實時顯示的要求。因此在進行波形的熒光顯示時，要盡量提高處理速度，以提高實時性。

　　本章將首先詳細介紹數(shù)字熒光處理單元的設(shè)計思想，并在此基礎(chǔ)上，具體介紹數(shù)字熒光處理單元的設(shè)計及實現(xiàn)。

　　由需求分析可知，為了實現(xiàn)波形的熒光顯示，首先需要定時一段時間，將在這段時間內(nèi)采集到的若干次波形進行疊加，并記錄所有波形點出現(xiàn)的頻度。因此數(shù)字熒光處理單元內(nèi)部需要設(shè)計一個存儲器，以記錄一段時間內(nèi)所有波形點出現(xiàn)的頻度，稱之為模擬熒光屏存儲器。同時，需要一個波形疊加處理模塊，完成將若干次波形進行疊加后的頻度存儲到模擬熒光屏存儲器的功能。

　　然后，當定時時間到時，將之前疊加儲存在模擬熒光屏存儲器中的所有單元信息讀出，經(jīng)過顏色轉(zhuǎn)換形成一幀波形圖像送顯示器進行顯示；同時將讀出的模擬熒光屏存儲器中的所有單元信息進行消隱處理，再寫回模擬熒光屏存儲器。

　　送到顯示器進行顯示的一幀波形圖像是一幅和顯示屏的波形顯示區(qū)具有同樣大小和分辨率的像素圖像。它的原始信息是存儲在模擬熒光屏存儲器中的。模擬熒光屏存儲器實際上是一個二維的動態(tài)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的地址單元是與波形顯示區(qū)的像素點一一對應的。因此數(shù)據(jù)庫的大小由數(shù)字熒光示波器的熒光屏波形顯示區(qū)的總像素點確定。橫軸對應于時間軸，縱軸對應幅度軸。規(guī)定顯示區(qū)的左下角對應數(shù)據(jù)庫的起始單元，其后的數(shù)據(jù)單元按對應屏幕從左到右，從下到上的次序排列。

　　由上可知，整個數(shù)字熒光處理單元應包括五個子單元協(xié)同工作：波形數(shù)據(jù)緩沖存儲器、模擬熒光屏存儲器、波形激活處理模塊、波形消隱處理模塊和顏色轉(zhuǎn)換處理模塊等，它們共同完成多路波形的數(shù)字熒光處理，并每隔一定時間形成一幀波形圖像輸出給顯示器，同時進行一次消隱處理。各個子單元之間的聯(lián)系如圖7所示。

　　圖7 數(shù)字熒光處理單元框圖

　　2.5 PC機部分

　　PC機與FPGA經(jīng)USB進行數(shù)據(jù)交互（DPX數(shù)據(jù)與控制信息），PC機通過USB給FPGA供電，DPX數(shù)據(jù)經(jīng)USB傳到PC機后通過LABwindows處理顯示。