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基于FPGA控制VGA显示的多通道数字示波器的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2011-08-18 08:01:41




3.3 存储程序
    存储模块分RAM存储和FLASH存储RAM存储使用一个双口RAM,写和读分开,波形数据满足触发条件时送进RAM,存储了1 024个点,其中前560组送住VGA显示。
    FLASH存储完成掉电不丢失的存储目的。20世纪使用开发板上的一块型号为AM29LV160DB的FLASH存储器,当按下存储健后,FLASH把RAM中的数据写到FLASH中,根据资料中的读写时序图,使用状态机实现这个过程,当按下回显的按键时将FLASH中的数据读回图像显示RAM,再显示出来。
3.4 键盘程序
    键盘采用4×4矩阵键盘,使用FPGA进行扫描控制,实现人机交互。
    键盘子程序主要包括数字通道、模拟通道、混合通道、存储、回放、波形左移、波形右移、垂直灵敏度档位设置,扫描速度档位设置等功能与按键的对应。
3.4.1 显示分辨率分析
    垂直方向划分为10 div,设置3档垂直灵敏度:1 000 mV/div,100 mV/div和10 V/div,即每div可代表1 000 mV,100 mV和10 mV。
    A/D转换模块的模拟信号输入端的输入信号电压为0~2 V,当示波器满刻度显示时,被测信号的幅度将分别为:V11=1 V/div×10 div=10 V,V12=0.1 V/div×10 div=1 V,V13=10 mv/div×10 div=100 mV。A/D转换器的满刻度输入值为Vmax=2 V,程控放大器电路的增益AN=Vmax/VIn,其中N=1,2,3,对应于3档不同垂直灵敏度的增益分别为:A1=2/10=0.2;A2=2/1=2;A3=2/0.1=20。
    A/D转换器的满刻度输入值为Vmax=5 V<10 V,将AD采样的值和数字信号的值据当前档位进行计数存储,即1μs/div时每10个点保存一个,1 ms,/div时每10 000个点保存一个,1 s/div时每采样10 000 000个点保存一个。
3.4.2 扫描速率分析
    A/D的转换速率取决于被测信号的频率范围,或DSO对扫描速度的要求,设计扫描速度含1 ms/div,1μs,/div,1 s/div三档,通过FPGA内部建立分频电路实现了最高采样率16 MS/s,每10倍频步进,共六档,增加了该示波器的实用性。水平显示分辨率为64点/div,以保证显示波形清晰稳定。
3.5 VGA显示部分
    VGA显示模块使用双缓冲机制,软核MICroBlaze通过读写显存来控制VGA显示。VGA显示可显示3种颜色,利用了SOPC的优势。GRAM位宽32b,大大提高了FPGA刷屏的速度。vga_dn与GRAM对内嵌的MCU设计成为BlackBox,MCU只需向相应地址发送合适数据即可显示想要的波形。本设计主要实现了的显示为:底色,汉字,示波器的显示框,波形数据。通过取字摸的方式,可在显示屏上显示中文信息。当部分的数据进行综合时,这几部分的数据各自有不同的优先级,当多部分重叠时,根据优先级显示出来。

4 总体效果
    图3为同时显示2个数字通道和1个模拟通道的界面,通道1(CH1)为模拟通道,通道2(CH2)和通道3(CH3)为数字通道,输入信号为一正弦波,峰一峰值为1.2 V,通道2,设定输入信号信号电压大于0为高电平,反之为低电平,故通道2为占空比为50%的矩形波。通道3设定输入信号大于3.3 V为高电平,反之为低电平,故在本图上通道3为占空比约为25%的矩形波。由图可知观察值与计算值相符。

c.jpg



5 结语
    设计实现了一款基于FPGA的VGA显示的多通道数字存储示波器。FPGA的高速性比其他控制芯片更适合于高速数据的采集和处理,另外FPGA内部存储模块在完成输入信号的量化存储速度上有着外接RAM无法比拟的优势。通过测试,设计系统比较好地完成了各项设计要求。

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