基于SOPC系統(tǒng)的虛擬示波器設(shè)計(jì)

　　2.3 嵌入式USB協(xié)議棧開發(fā)

　　USB協(xié)議復(fù)雜，虛擬示波器系統(tǒng)開發(fā)的USB協(xié)議?；趍icroc/os－Ⅱ，并采用了如圖7的分層結(jié)構(gòu)，以減少開發(fā)調(diào)試的難度。

　　硬件抽象層和命令接口層都與硬件相關(guān)，硬件抽象層負(fù)責(zé)對SX2的寄存器進(jìn)行讀寫操作，而命令接口則實(shí)現(xiàn)與SX2的工作方式有關(guān)的操作；協(xié)議層與平臺無關(guān)，其主要完成USB的枚舉及各端口數(shù)據(jù)處理；應(yīng)用層完成對提供調(diào)用的函數(shù)進(jìn)行封裝，應(yīng)用層提供了簡單的API接口，其利用senddata函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)到主機(jī)，同時利用recdata函數(shù)從主機(jī)接收數(shù)據(jù)以及廠商請求的函數(shù)，上層程序只要簡單地調(diào)試這3個函數(shù)而無需關(guān)注USB協(xié)議，即可完成虛擬示波器的USB通信。

　　3 虛擬示波器上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 虛擬示波器USB通信的封裝

　　虛擬示波器上位機(jī)程序采用LabWindows/CVI開發(fā)，其本身并不支持USB通信，因此采用了調(diào)用外部模塊的方法。采用VC++編寫程序，將USB通信底層函數(shù)進(jìn)行封裝，編譯成DLL，再供LabWindows/CVI進(jìn)行調(diào)用。為此，將動態(tài)鏈接庫的頭文件和DLL文件導(dǎo)入進(jìn)工程，生成1個FP的驅(qū)動器，這時虛擬示波器系統(tǒng)就可以直接調(diào)用DLL里面提供的函數(shù)。

　　3.3 虛擬示波器面板程序的開發(fā)

　　圖8中，用戶對虛擬示波器面板上的垂直幅度調(diào)節(jié)、水平寬度調(diào)節(jié)等按鈕操作時，系統(tǒng)會將相應(yīng)的操作命令傳送給下位機(jī)，并由下位機(jī)調(diào)節(jié)垂直幅度和水平時基等，從而實(shí)現(xiàn)用戶對虛擬示波器系統(tǒng)的操作。

　　4 測試結(jié)果

　　采用FPGA處理器和ALTERA公司的NiosⅡ軟核完成虛擬示波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，進(jìn)行了多次測試，其性能指標(biāo)如表1所示。

　　由表1可知，該虛擬示波器達(dá)到了一般模擬示波器的指標(biāo)。然而由于本系統(tǒng)采用虛擬儀器技術(shù)，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(jié)論

　　本文以LabWindows/CVI為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)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(gòu)成的SOPC系統(tǒng)，完成虛擬示波器各模塊的管理；利用嵌入式USB協(xié)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(shù)據(jù)的采集，經(jīng)上位機(jī)軟件完成了波形顯示和數(shù)據(jù)分析，并實(shí)現(xiàn)了儀器的各種操作功能。實(shí)際測試結(jié)果表明，該虛擬示波器達(dá)到了或優(yōu)于一般模擬示波器的性能指標(biāo)。
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