基于FPGA的简易数字存储示波器设计

2015-03-24 11:50:44   来源:eefocus   

关键字: FPGA  数字存储示波器  VHDL语言

0 引言

高速数字化采集技术和FPGA技术的发展已经对传统测试仪器产生了深刻的影响。数字存储示波器(DS0)是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物,他主要以微处理器、数字存储器、A/D转换器和D/A转换器为核心,输入信号首先经A/D转换器转换成数字信号,然后存储在RAM中,需要时再将RAM中的内容读出,经D/A转换器恢复为模拟信号显示在示波器上,或者通过接口与计算机相连对存储的信号作进一步处理,这样可大大改进显示特性,增强功能,便于控制和智能化。这种DSO中看到的波形是由采集到的数据经过重构后得到的波形,而不是加到输入端上信号的波形。本文采用基于FPGA的方式进行数据采集、数据处理等功能的设计。这种设计方案在高速数据采集上具有很多优点,如体积小、功耗低、时钟频率高、内部延时小、全部控制逻辑由硬件完成等,另外编程配置灵活、开发周期短、利用硬件描述语言来编程,可实现程序的并行执行,这将会大大提高系统的性能,有利于在系统设计和现场运行后对系统进行修改、调试、升级等。

1 系统实现方案

根据设计指标要求,基于FPGA的系统结构如图1所示,主要由模数转换、数模转换、FPGA数据处理、数据存储四部分组成。由垂直分辨率大于或等于32点/div可知A/D、D/A转换器至少8位,系统选用AD976(16位A/D转换器)和AD669(16位D/A转换器),由于受PLC I/0口数量的影响,AD976和DA669使用其中13位,RAM选HM6264(64k),时钟采用125kHz,PLC选用 EPFl0K10LC84一3。模拟信号通过A/D转换器将信号输入给FPGA,FPGA根据相关指令进行数据存储至RAM或将数据从RAM读出送给 D/A转换器转换成模拟信号输出。

1.gif 

2 系统主要电路

系统中FPGA数据处理模块将A/D输入、RAM数据存储和D/A输出连接在一起,实现信号的传递、存储等控制。输入电路中A/D转换芯片选用AD公司的 AD976,它是16位高速,高精度A/D转换器,最大采集率为100kSPS,输入信号范围为一10~+10V,R/C为读数/转换控制端,CS为片选端,电路连接如图2所示。

2.gif 

数据存储器HM6264是64k的静态SRAM,8位I/0公共输入/出线,13位地址线,三态输出。地址有效条件是/CSl=0,CS2=ln/WE=0,/OE=1执行写操作;/WE=1,/OE=O执行读操作。电路连接如图3所示。

3.gif 

输出电路中D/A转换芯片AD669也是AD公司推出的16位高速,高精度D/A转换器,具有高性价比,电路连接如图4所示。 
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0324/article_11127.html
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