在数字示波器的硬件设计领域，微处理器的选择和使用占据了至关重要的地位。本文详细探讨了如何选用TI公司生产的双核DSP（数字信号处理器）OMAP-L138作为微处理器，并结合FPGA（现场可编程门阵列）技术，实现了一种高效率的数字示波器硬件设计。
数字示波器作为电子测量仪器的核心，其基本架构往往涉及到DSP、内嵌微处理器型FPGA或微处理器+FPGA的组合。内嵌微处理器型FPGA尽管设计灵活性强，有助于系统升级和外围电路简化，但高昂的价格和有限的供货渠道制约了其在低成本数字示波器领域的应用。而单独使用DSP虽然在数据处理能力上表现出色，但在控制能力和高采样率下的数据流处理上却有局限性。因此，本文提出了采用微处理器与FPGA相结合的设计方案，以满足数字示波器的需求。
OMAP-L138是德州仪器（Texas Instruments，简称TI）推出的高性能双核处理器芯片，它结合了C68x DSP内核与ARM9内核。该芯片具备以下特点：单位内核频率高达300MHz，且DSP内核与ARM内核在片上各自独立运行，分别处理实时和非实时任务；内部存储器资源丰富，包括各32KB的L1程序Cache和数据Cache、256KB的L2统一映射SRAM以及128KB的片上RAM；同时，OMAP-L138还配备了多种外设接口，如EMIFA和EMIFB口、UART和SPI接口、I2C接口、以太网控制器、USB接口、LCD控制器、SATA控制器、uPP接口和VPIF接口等；在功耗方面，OMAP-L138采用1.2V内核电压和1.8V或3.3V的I/O接口电压，并提供低功耗模式，例如深度睡眠模式下功耗仅为6mW。
在数字示波器的硬件系统设计中，本设计采用了Atmel公司的AT84AD001 ADC芯片，该芯片可以实现2Gsps的高速实时采样率，满足示波器的高速数据采集需求。而FPGA选用Xilinx公司的Spartan-3A系列XC3S400A芯片，它包含有8064个逻辑单元，能提供高速缓存和数据预处理功能。此外，通过外挂SRAM芯片，可以实现深度存储功能，保留更多的波形数据细节。
在设计中，被测信号首先会经过模拟通道运放调理，然后送至ADC转换器，将模拟信号转换成数字信号，并在FPGA中进行缓存和预处理。微处理器OMAP-L138随后对采样得到的数字信号进行进一步处理与运算，将最终的波形数据送到屏幕上显示，完成一次采集过程。在采集过程中，触发电路会不断监测输入信号，根据触发条件决定波形的起始位置，确保波形能够在屏幕上稳定显示。
微处理器OMAP-L138与FPGA的结合使用，不仅提高了数字示波器的数据处理能力和控制能力，而且在实现高速、高精度测量方面具有显著优势。同时，本设计考虑到了成本和性能之间的平衡，通过选用适当的ADC和FPGA器件，以及丰富的外设接口，确保了数字示波器的多功能性和易用性，为低成本数字示波器的开发提供了可能。此外，OMAP-L138的低功耗设计也有利于延长设备的使用寿命并降低能耗。
本文还介绍了数字示波器系统硬件结构的设计，详细分析了各个组件的作用以及它们如何协同工作以实现高效的数据采集和处理。OMAP-L138 DSP的选用，以及其在处理复杂算法时的浮点运算能力，为数字示波器提供了高精度、高性能的硬件支持。通过这种方式，本文为数字示波器硬件设计提供了一个高效的解决方案。
