基于FPGA技术的虚拟数字存储示波器的设计

论文摘要

虚拟数字存储示波器是日益发展成熟的虚拟仪器技术在示波器领域的一种具体应用实例,是数字存储示波器发展呈现多元化的一个重要分支。相比传统的数字存储示波器,虚拟数字存储示波器具有开发费用低,维护方便,节省成本等优点。但是在波形显示的实时性和仪器的整个性能方面,虚拟示波器具有其本身的缺陷。如何进一步提高虚拟示波器的性能,加快其下位机数据采集模块与上位机软件之间的传输速率,一直是虚拟示波器向前发展需要解决的问题本文介绍了一种基于FPGA技术的虚拟数字存储示波器的设计方案,主要阐述了虚拟数字存储示波器数据采集模块的软硬件以及上位机软件的设计实现。数据采集模块硬件设计中选用了Actel公司推出的基于Flash架构的FPGA做为模块的主控制芯片,利用其内部集成的丰富的硬件资源和众多的可编程器件,减少了数字存储示波器FIFO控制电路和时钟产生电路的设计,降低了成本,提高了系统的集成度和抗干扰性,并且整个仪器的性能得到了增强。数据采集模块与上位机软件之间采用USB总线做为通讯总线,选用了Silicon Labs公司的C8051F340单片机做为USB通讯控制芯片,使得上位机与下位机的通讯速率得到了提高,波形显示的实时性得到了增强,编程易于实现,缩短了开发周期。上位机软件设计方面,采用Visual C++6.0做为软件的开发工具,界面更为友好,数据处理易于实现,软件开发变得更为灵活。整个系统具有性能稳定可靠,功能易于升级与扩展,开发成本较低,波形数据处理灵活,体积较小等一系列优点,可广泛应用于实验室与教学活动当中,在数字存储示波器的低成本和低应用领域具有一定的应用前景和研究价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 示波器的发展历程及研究现状分析
• 1.1.1 示波器的发展历程
• 1.1.2 示波器的研究现状分析
• 1.2 虚拟示波器的特点及发展优势
• 1.3 本课题的选题依据及主要研究内容
• 1.4 本文内容结构安排
• 第2章 FPGA 技术与虚拟示波器的结合
• 2.1 FPGA 技术的特点及发展趋势
• 2.1.1 FPGA 技术的特点
• 2.1.2 FPGA 技术的发展趋势
• 2.2 FPGA 技术应用于虚拟示波器的几点优势
• 2.3 基于Flash 架构FPGA 的特点
• 第3章 系统总体方案介绍
• 3.1 数字示波器的基本原理及构成
• 3.2 系统总体方案设计
• 第4章 数据采集模块硬件电路设计
• 4.1 信号调理电路模块
• 4.1.1 阻容分压电路
• 4.1.2 可编程增益放大电路
• 4.2 ADC 转换电路
• 4.2.1 模数转换器AD9288 简介
• 4.2.2 AD9288 配置电路
• 4.3 FPGA 控制电路
• 4.4 单片机USB 通讯控制电路
• 4.5 电源电路
• 第5章 数据采集模块软件设计
• 5.1 FPGA 控制模块的软件实现
• 5.1.1 时钟信号产生模块
• 5.1.2 FIFO 读写控制模块
• 5.1.3 FIFO 触发功能实现
• 5.1.4 频率测量模块
• 5.1.5 并口通讯控制模块
• 5.2 单片机USB 通讯模块的软件实现
• 5.2.1 单片机的上电初始化
• 5.2.2 单片机与FPGA 之间的并行通讯
• 5.2.3 单片机与上位机之间的USB 通讯
• 第6章 上位机软件设计
• 6.1 计算机与数据采集模块之间的USB 通讯
• 6.1.1 USB 数据通讯流程
• 6.1.2 USB 数据接收处理
• 6.2 软件功能及界面设计
• 6.2.1 软件功能模块实现
• 6.2.2 软件界面设计
• 第7章 系统测试与分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果