基于FPGA的簡(jiǎn)易可存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)

摘要：　本文介紹了一種基于FPGA的采樣速度60Mbit/s的雙通道簡(jiǎn)易數(shù)字示波器設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)量程和采樣頻率的自動(dòng)調(diào)整、數(shù)據(jù)緩存、顯示以及與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；數(shù)字示波器；FPGA

引言

　　傳統(tǒng)的示波器雖然功能齊全，但是體積大、重量重、成本高、等一系列問(wèn)題使應(yīng)用受到了限制。有鑒于此，便攜式數(shù)字存儲(chǔ)采集器就應(yīng)運(yùn)而生，它采用了LCD顯示、高速A/D采集與轉(zhuǎn)換、ASIC芯片等新技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和巨大的市場(chǎng)潛力，也代表了當(dāng)代電子測(cè)量儀器的一種發(fā)展趨勢(shì)，即向功能多、體積小、重量輕、使用方便的掌上型儀器發(fā)展。

系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理

　　系統(tǒng)的硬件部分為一塊高速的數(shù)據(jù)采集電路板。它能夠?qū)崿F(xiàn)雙通道數(shù)據(jù)輸入，每路采樣頻率可達(dá)到60Mbit/s。從功能上可以將硬件系統(tǒng)分為：信號(hào)前端放大及調(diào)理模塊、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、FPGA邏輯控制模塊、單片機(jī)控制模塊、USB數(shù)據(jù)傳輸模塊、液晶顯示和鍵盤(pán)控制等幾部分，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

　
　　　　圖1  系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

　　輸入信號(hào)經(jīng)前置放大及增益可調(diào)電路轉(zhuǎn)換后，成為符合A/D轉(zhuǎn)換器要求的輸入電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，由FPGA內(nèi)的FIFO緩存，再經(jīng)USB接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，供后續(xù)數(shù)據(jù)處理，或直接由單片機(jī)控制將采集到的信號(hào)顯示在液晶屏幕上。

高速數(shù)據(jù)采集模塊

　　本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)雙通道同步數(shù)據(jù)采集，而且每通道的采集速度要達(dá)到60Mbit/s，考慮到兩路數(shù)據(jù)采集應(yīng)保持同步并行，因此在設(shè)計(jì)中采用每通道都有獨(dú)自的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器。選用MAXIM公司MAX1197型A/D轉(zhuǎn)換器，它是一款雙通道、3.3V供電、每通道60Mbit/s采樣頻率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片。它內(nèi)部集成雙路差分寬帶采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，可以輸出鎖存，具有低功耗、小尺寸、高動(dòng)態(tài)性能的特點(diǎn)。

　　本系統(tǒng)的測(cè)量電壓的范圍可達(dá)到