FPGA为核心的数字存储示波器设计

"这篇文档是关于2007年电子设计大赛中的一项参赛作品——数字存储示波器的设计。设计者使用Xilinx公司的FPGA芯片作为核心，配合外围电路，如信号调理、采样保持、内部触发、A/D转换、D/A转换和I/O模块，通过VHDL语言编程实现了一款功能完备的示波器。该示波器能够实现任意波形的单次触发、连续触发和存储回放，支持垂直灵敏度和扫描速度的挡位设置。在信号采集过程中，先通过信号调理模块调整输入信号，然后通过A/D转换进入FPGA内部的双口RAM，最终由D/A转换器将数据转换为模拟信号供通用示波器显示。系统经过测试，性能表现良好，满足设计要求。" 本文档详细介绍了两种设计数字存储示波器的方案。方案一采用80C51单片机作为控制核心，但由于实时采样频率要求较高，普通单片机处理能力有限，且外部RAM时钟速度无法满足高速数据存储。而方案二则选择了FPGA作为核心，利用其可编程性和高速数据处理能力，构建了包含触发、A/D转换、存储和D/A转换等功能的系统，解决了方案一中的问题。FPGA的使用使得开发速度得以提升，且能实现更复杂的逻辑控制功能，比如采样频率控制模块和数据处理模块。 在这个设计中，关键的技术点包括： 1. FPGA的使用：Xilinx的20万门FPGA芯片作为核心，提供高速数据处理和逻辑控制。 2. VHDL编程：用于实现示波器的各种功能，如触发逻辑、数据存储和处理。 3. 外围电路：包括信号调理、采样保持、A/D和D/A转换等，确保信号的准确捕捉和转换。 4. 双口RAM：在FPGA内部，用于高速缓存采样数据。 5. 触发功能：实现单次和连续触发，以及存储回放，增加了示波器的灵活性。 6. 实时采样和等效采样：针对不同频率的信号，实现实时和等效采样技术。 7. 垂直灵敏度和扫描速度设置：提供了不同档位，以适应不同信号的观测需求。 整个设计展示了在电子设计竞赛中如何综合运用硬件和软件技术来实现复杂电子设备，尤其是使用FPGA进行系统级设计的方法，对于学习数字电子技术、嵌入式系统和信号处理的读者具有很高的参考价值。