FPGA的示波器图文显示系统的设计方案

1、【Word版本下载可任意编辑】 FPGA的示波器图文显示系统的设计方案 0 引言 FPGA(Field Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列是大规模可编程逻辑器件，可以取代现行所有的全部微机接口芯片，实现微机系统中的存储、地址译码等多种功能。利用 FPGA可以把多个微机系统的功能电路集成在一块芯片上。应用FPGA设计功能电路时，可以让人们的思路从传统的以单片机或DSP芯片为的系统集成型转向单一专用芯片型设计。传统的示波器虽然功能齐全，但是体积大、重量重、成本高、等一系列问题使应用受到了限制。有鉴于此，便携式数字存储采集器就应运而生，它采用了LCD显示、高速AD采

2、集与转换、ASIC芯片等新技术，具有很强的实用性和巨大的市场潜力，也代表了当代电子测量仪器的一种发展趋势，即向功能多、体积小、重量轻、使用方便的掌上型仪器发展。 1 系统总体设计读写 根据设计要求：在示波器上显示2个以上字符或图案，如显示0-9十个数字及英文字符、图象等，结合示波器显示原理，设计电路如图1所示。将要显示的数字或符号开展取模，得到其二进制形式表示。将转换好的数据送入FPGA内部RAM存储。 在设计上我们使用了XILINX的SPARTAN-3芯片，作为控制器，完成总的数控部分、键盘和和显示接口部分的控制。采用八位(或者更高位)DA转换，对FPGA芯片输出二进制数字量开展数一模转换，

3、在经过高速运算放大器后得到其电压量。分X，Y两路输出给示波器，根据示波器原理，在屏幕上打点显示数字(或者图形)。而Z通道作为另一路独立通道，对显示的数字亮度开展可控显示。 2 系统硬件设计 2.1 总体控制模块 基于本设计，系统控制模块的部分是具有掩膜可编程门阵列的逻辑器件FPGA。 Spartan系列FPGA是Xilinx公司可编程逻辑产品中的高性价比产品的代表，而Spartan-系列FPGA是为那些需要大容量、低价格电子应用的用户而设计的。本系统使用的是XILINX公司的XC3S200型号芯片，其技术参数如下： 4 320个逻辑单元； 系统门密度200 k个； CLB阵列24*20，共48

4、0个； 用户IO173，差分IO76； 分布式RAM容量30 Kbit，Block RAM容量216Kbit； 嵌入式18x18乘法器支持高性能DSP应用； PCI和带有LVDS的高速差分信号。 2.2 存储单元模块 由于FPGA基于CMOS SRAM工艺，不具备掉电保护功能，当无电源供电时，配置的数据丢失，芯片的功能也随之丢失。因此，本设计采用FLASH存储器在线重配置的方法。 2.3 外围电路模块 2.3.1 DA转换 在DA选择上，我们用的是美国半导体公司的 DAC0832，它具有8位并行、中速(建立时间1 us)、电流型、价格低廉等特点。它有单缓冲工作方式、双缓冲工作方式两种工作方式。

5、单缓冲工作方式时，一个存放器工作于直通状态，一个工作于受控锁存器状态。在不要求多相DA同时输出时，可以采用单缓冲方式，此时只需写操作，就开始转换，可以提高DA的数据吞吐量。双缓冲工作方式时，两个存放器均工作于受控锁存器状态。当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。 它的技术参数为：建立时间1 us；8位并行；低功率损耗20 mW；支持电压：5 V15 V。 2.3.2 运算放大 在DA转换之后，我们得到的是电流信号，而需要输入示波器的为电压信号，因此运用运算放大器来开展转换，同时将运放设计为可调形式，通过调节它便可以调节输出电压的大小，到达控制显示幅值的目的。本设计采用LM741系列运

6、放，其技术指标加下： 3 系统软件设计 基于VHDL语言的功能与灵活性，非依赖性和可移植性种种优势，本设计在FPGA编程上采用了VHDL语言实现。总体设计思路：采用50 MHz外部时钟控制对FPGA内部开展分频控制，在分频模块的作用下得到设计所需要的时钟信号。通过按键选通在ROM内部选择要显示的模块部分，开展X、 Y方向扫描，得到初步的数据，同时外加Z方向扫描来控制所显图形的亮度。通过将所有的“1”存储在一个ROM中作为缓存，到达消除零点的目的。将ROM中的数据转移到RAM中，通过乒乓交换操作来开展模式转换，通过外围电路输入示波器，实现显示。总体流程图： 4 结语 本文是基于FPGA的数字示波器图文显示系统的硬件软件的设计思路和设计方案。此系统设计完