基于FPGA的示波器图文显示系统的设计方案

2015-07-08 09:31:34   来源:dzsc   

关键字: FPGA  示波器  图文显示系统

  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芯片为核心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A/D采集与转换、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进行取模,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)D/A转换,对FPGA芯片输出二进制数字量进行数一模转换,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,对显示的数字亮度进行可控显示。

 

  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-Ⅲ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480个;

  ●最大用户I/O173,最大差分I/O76;

  ●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 D/A转换

  在D/A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。单缓冲工作方式时,一个寄存器工作于直通状态,一个工作于受控锁存器状态。在不要求多相D/A同时输出时,可以采用单缓冲方式,此时只需一次写操作,就开始转换,可以提高D/A的数据吞吐量。双缓冲工作方式时,两个寄存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。

[1] [2]

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编辑:什么鱼
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