基于FPGA的VGA显示简易数字示波器设计_行韶谞1
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研究与设计
电
子
测
量
技
术
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ
ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
第
３５
卷 第
１０
期
２０１２
年
１０
月
基于
ＦＰＧＡ
的
ＶＧＡ
显示简易数字示波器设计
行韶谞
段衍东
禹林焓
（
电子科技大学自动化工程学院
成都
６１１７３１
）
摘
要
：
为了实现数字示波器的便携化和模块化
，
基于
ＦＰＧＡ
设计了
１
款
ＶＧＡ
显示的简易数字示波器
。
利用
ＦＰＧＡ
芯片将控制单元和存储单元融合代替了传统的单片机控制单元
，
减小了系统的复杂程度
，
提高了示波器的性能
。
同
时
，
根据具体指标和软件性能选用了合适的
ＡＤＣ
等芯片对信号前级调理做了优化
，
利用程控放大电路实现了对信号
的增益控制
。
显示部分则选用了
ＶＧＡ
显示器
，
用
ＶＧＡ
标准接口连接
ＦＰＧＡ
，
提高了整个系统的模块化程度
，
使整个
系统的成本降低
，
维护性提高
。
经过相关实验检测
，
系统工作稳定
，
输入信号动态范围大
，
显示清晰
，
达到了设计要求
。
关键词
：
ＦＰＧＡ
；
数字示波器
；
ＶＧＡ
中图分类号
：
ＴＭ９３５．３７
文献标识码
：
Ａ
Ｓｉｍ
ｐ
ｌ
ｙ
－
ｄｅｓｉ
ｇ
ｎｅｄ
ｄｉ
ｇ
ｉｔａｌ
ｓｔｏｒａ
ｇ
ｅ
ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏ
ｐ
ｅ
ｗｉｔｈ
ＶＧＡ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＦＰＧＡ
Ｘｉｎ
ｇ
Ｓｈａｏｘｕ
Ｄｕａｎ
Ｙａｎｄｏｎ
ｇ
Ｙｕ
ｌｉｎｈａｎ
（
Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ
ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ
，
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔ
ｙ
ｏｆ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
ｓｃｉｅｎｃｅ
＆ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ
ｏｆ
ｃｈｉｎａ
，
Ｃｈｅｎ
ｇ
ｄｕ
６１１７３１
）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
：
Ｉｎ
ｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ｒｅａｌｉｚｅ
ｔｈｅ
ｍｏｄｕｌａｒｉｔ
ｙ
ａｎｄ
ｐ
ｏｒｔａｂｌｅ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｄｉ
ｇ
ｉｔａｌ
ｓｔｏｒａ
ｇ
ｅ
ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏ
ｐ
ｅ
，
ａ
ｓｉｍ
ｐ
ｌ
ｙ
－
ｄｅｓｉ
ｇ
ｎｅｄ
ｄｉ
ｇ
ｉｔａｌ
ｓｔｏｒａ
ｇ
ｅ
ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏ
ｐ
ｅ
ｗｉｔｈ
ＶＧＡ
ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ＦＰＧＡ
，
ｗｈｉｃｈ
ｉｓ
ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ
ｉｎ
ｔｈｉｓ
ｐ
ａ
ｐ
ｅｒ
，
ｉｓ
ｄｅｓｉ
ｇ
ｎｅｄ．Ｔｈｅ
ｃｈｉ
ｐ
ｏｆ
ＦＰＧＡ
ｗｈｉｃｈ
ｒｅ
ｐ
ｌａｃｅｓ
ｔｈｅ
ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｍｏｄｕｌｅ
ｏｆ
ＭＣＵ
ｕｎｉｔｅｓ
ｔｈｅ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｍｏｄｕｌｅ
ａｎｄ
ｓｔｏｒａ
ｇ
ｅ
ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｉｓ
ｄｅｓｉ
ｇ
ｎ
ｄｅｃｒｅａｓｅｓ
ｔｈｅ
ｓ
ｙ
ｓｔｅｍｓ
ｃｏｍ
ｐ
ｌｅｘｉｔ
ｙ
ａｎｄ
ｉｍ
ｐ
ｒｏｖｅｓ
ｔｈｅ
ｐ
ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏ
ｐ
ｅ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ
ｔｈｅ
ｓｉ
ｇ
ｎａｌ
ｐ
ｒｏｃｅｓｓ
ｉｓ
ｏ
ｐ
ｔｉｍｉｚｅｄ
ｗｉｔｈ
ｓｕｉｔａｂｌｅ
ｃｈｉ
ｐ
ｓ
ｏｆ
ＡＤＣ
ａｎｄ
ｏｔｈｅｒ
ｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｔｈｅ
ｐ
ｒｏ
ｇ
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ｍａ
ｇ
ｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｉｓ
ｕｓｅｄ
ｔｏ
ｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｈｅ
ｇ
ａｉｎ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｓｉ
ｇ
ｎａｌ．ＶＧＡ
ｄｉｓ
ｐ
ｌａ
ｙ
ｅｒ
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ｕｓｅｄ
ａｓ
ｔｈｅ
ｄｉｓ
ｐ
ｌａ
ｙ
ｍｏｄｕｌｅ．ＶＧＡ
ｄｉｓ
ｐ
ｌａ
ｙ
ｅｒ
ｉｓ
ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ
ｔｏ
ＦＰＧＡ
ｂ
ｙ
ｔｈｅ
ｓｔａｎｄａｒｄ
ＶＧＡ
ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ．Ｔｈｉｓ
ｄｅｓｉ
ｇ
ｎ
ｍａｋｅｓ
ｔｈｅ
ｓ
ｙ
ｓｔｅｍ
ｍｏｒｅ
ｍｏｄｕｌａｒ
，
ｃｈｅａ
ｐ
ａｎｄ
ｅａｓ
ｙ
ｔｏ
ｂｅ
ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ．Ｄｕｒｉｎ
ｇ
ｒｅｌａｔｉｖｅ
ｔｅｓｔｓ
，
ｔｈｅ
ｓ
ｙ
ｓｔｅｍ
，
ｗｉｔｈ
ａ
ｌａｒ
ｇ
ｅ
ｄ
ｙ
ｎａｍｉｃ
ｒａｎ
ｇ
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，
ｗｏｒｋｅｄ
ｓｔｅａｄｉｌ
ｙ
，
ａｎｄ
ｔｈｅ
ｄｉｓ
ｐ
ｌａ
ｙ
ｉｓ
ｃｌｅａｒ．
Ｋｅ
ｙ
ｗｏｒｄｓ
：
ＦＰＧＡ
；
ｄｉ
ｇ
ｉｔａｌ
ｓｔｏｒａ
ｇ
ｅ
ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏ
ｐ
ｅ
；
ＶＧＡ
本文于
２０１２
年
９
月收到
。
０
引
言
数字示波器是通用测量仪器之一
，
广泛应用在各种电
子测量领域
［
１
］
，
其使用方便
，
且具有存储功能
，
同时能对测
量信号进行各种处理
［
２
］
，
受到了电子爱好者和测量工作者
的欢迎
。
但由于其成本较高
，
显示屏幕较小
，
特别是在大
专院校
、
职业高中电子电路实验和实验演示中推广使用受
到了一定的限制
。
由于大专院校
、
职业高中电子电路实验
室计算机装备很普遍
，
为了利用计算机屏幕实现电子电路
实验和实验演示
，
基于
ＦＰＧＡ
，
研制成本低廉
、
ＶＧＡ
显示
、
显示屏幕较大的简易数字示波器显得尤为重要
。
本文主
要是基于
ＦＰＧＡ
，
设计
ＶＧＡ
显示的简易数字示波器
，
为大
专院校
、
职业高中和电子技校的电子
、
自动控制和物理实
验室等提供数字示波器普及具有重要的实际意义
。
１
设计技术指标要求
模拟带宽
：
５ ＭＨｚ
；
实时采样率
：
≥
２５ Ｍｓ
ｐ
ｓ
；
等效采样率
：
≥
１２５ Ｍｓ
ｐ
ｓ
；
垂直分辨率
：
８ｂｉｔ
；
存储深度
：
２．５Ｋ
ｐ
ｔｓ
；
触发模式
：
边沿触发
（
上升
、
下降
、
上升
／
下降
）、
脉宽触
发
（
可选
）；
时基
：
２００
～
５
μ
ｓ
／
ｄｉｖ
（
１
－
２
－
５
步进
，
共
５
档
）；
垂直灵敏度
：
２０ｍＶ
／
ｄｉｖ
、
５０ｍＶ
／
ｄｉｖ
、
１００ｍＶ
／
ｄｉｖ
、
２００
ｍＶ
；
波形显示区
：
水平
１０ｄｉｖ×
垂直
８ｄｉｖ
，
水平显示分辨
率
２５
点
／
ｄｉｖ
；
—
０３
—
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