基于FPGA的虚拟数字示波器设计是利用现代电子测量仪器发展的技术，将传统硬件示波器的功能以软件的形式在微型计算机上实现，同时采用FPGA芯片作为核心处理单元来完成高速数据处理。虚拟数字存储示波器通过使用PXI总线技术和高速数据采集卡，可以实现与PC机主板间高速、高精度的数据通信与同步，适用于各种复杂工业环境下的信号测试与分析。
PXI总线技术是PCI技术的扩展，特别针对测试领域的需求而设计，它集成了PCI技术的优点，并引入了专门的系统参考时钟、触发总线、星形触发总线和模块间的局部总线，以满足精密时序控制和高速数据通信的需求。PXI总线提供了一个高速且稳定的硬件平台，可以实现多种测量仪器和控制系统的集成，从而在工业自动化、电子竞赛、数据采集与处理等领域得到广泛应用。
虚拟数字示波器的硬件结构主要包括预处理电路、AD转换电路、SDRAM、高频时钟及时序产生电路、触发电路、FPGA芯片和逻辑控制器等。预处理电路负责接收待测信号，进行放大或衰减处理，以适应AD转换器的输入要求。AD转换电路则将模拟信号转换为数字信号，并在数据采集模式下存入SDRAM存储器中。
此外，FPGA芯片在虚拟示波器中扮演着至关重要的角色。它不仅可以在硬件上实现数据的高速处理，还能通过编程实现多种数字信号处理功能，如数字滤波器、触发逻辑控制等。FPGA内部的FIFO（First-In-First-Out）存储结构可以在数据采集和处理时提供缓冲，通过PXI总线与CPU交互数据。
FPGA的编程和设计包括时钟域的管理、信号采集时序的控制、数据处理算法的实现等。通过合理的编程策略，可以充分发掘FPGA的并行处理能力，从而实现高速数据采集与实时信号分析。
在软件结构方面，示波器软件通常包括用户界面、数据采集控制、信号处理算法和数据存储与回显等模块。软件利用计算机的图形界面资源，定义出虚拟控制和显示面板，实现信号的存储、回放和显示功能。同时，软件还要负责与硬件的通信、数据采集的触发控制、以及实时数据处理等任务。
实时时钟（RTC）芯片如DS1302是另一个重要的组成部分，它能够在系统掉电情况下继续维持时间的记录，并在系统通电后提供准确的时间信息。这对于需要记录信号发生时间的应用场景尤为重要。
基于FPGA的虚拟数字示波器的设计和实现，是现代电子测量仪器的一个重要发展方向，它不仅提高了测量的灵活性和可扩展性，也大大提升了测量系统的性能和适用范围。通过在微型计算机平台上利用硬件资源，结合PXI总线技术和FPGA芯片强大的数据处理能力，虚拟数字示波器能够满足现代电子测量的各种需求。
