基于FPGA的数字存储示波器设计

"2007年全国大学生电子设计竞赛的C题是关于设计一个数字存储示波器，参赛者利用Xilinx公司的FPGA芯片，结合外围电路，实现了信号调理、采样保持、触发、A/D和D/A转换等功能。通过VHDL编程，该示波器能进行单次触发、连续触发以及存储回放操作，适用于不同频率信号的实时采样和存储。" 这篇摘要主要介绍了2007年全国大学生电子设计竞赛中的一个项目——数字存储示波器的设计。设计团队采用了Xilinx公司的一款具有20万门规模的FPGA芯片作为核心处理器，配合外围电路，如信号调理、采样保持、触发、A/D和D/A转换模块，来构建这个示波器。在VHDL编程的支持下，该示波器不仅能够捕捉并存储任意波形，还具备单次触发、连续触发以及存储回放等多种功能，以适应不同类型的信号处理需求。 在信号采集过程中，外部输入的信号首先经过信号调理模块调整到适合A/D转换器的输入范围内。然后，A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，并存储在FPGA内部的双口RAM中进行高速缓存。这些数据随后通过D/A转换器输出，供通用示波器显示，从而实现对中、低频信号的实时采样以及对高频信号的等效采样和存储回放。 在方案选择上，设计团队对比了两种不同的设计方案。第一种方案基于80C51单片机，但由于实时采样频率要求较高（1MHz），单片机处理这样的数据流存在困难，且外接RAM的速度也难以满足高速存储需求。相比之下，第二种方案使用FPGA作为核心，利用其内置的逻辑功能块配置成双端口RAM，可以高效地实现高速数据存储和处理，同时FPGA的在线编程能力也大大缩短了开发周期。 从系统的整体性能来看，设计团队通过优化和测试，确保了示波器的垂直灵敏度、扫描速度等关键指标达到了设计要求。这一设计展示了FPGA在复杂电子系统设计中的强大潜力，特别是在实时信号处理和高速数据存储方面的应用。 关键词涉及：FPGA、实时采样、等效采样、方案选择与论证、信号调理电路、采样保持电路、触发电路、A/D转换、D/A转换、控制系统。