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基于SOPC的数字存储示波器研究

作　者: 张立军
导　师: 郭勇
学　校: 成都理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: SOPC NIOS II FPGA LVDS
分类号: TM935.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着电子测试技术的不断发展，测试技术正向自动化、智能化、数字化和网络化的方向发展。其中数字存储示波器作为测试技术的重要工具而被广泛使用于各个领域，同模拟示波器相比具有许多优点，并有逐步取代传统模拟示波器的趋势。目前，国外在数字存储示波器领域的技术已经非常成熟，并且占领了绝大部分的国内市场份额。而国内的数字存储示波器的研制尚处于起步阶段，目前还没有十分成功的产品。本项目来源于同企业合作的开发项目，目的是设计一台具有自主知识产权的数字存储示波器样机。本课题所研制的数字存储示波器基于SOPC技术，由采样系统、中央处理器系统、显示系统、用户交互系统等多个模块组成。其中涉及到信号预处理、数据采集、同步触发、测频、自动控制、数据显示和处理、频谱分析等诸多方面的理论。具有正常采样和滚动采样两种工作方式，通过扫描时基旋钮对两种工作方式进行自动切换，对于低频信号采用滚动采样方式显示，便于用户对波形进行观察，解决了在模拟示波器上只有一个亮点在滚动的现象。另外，本机还具有强大的数据处理功能，能够对数字化的波形数据进行加工处理，实现波形的保存和函数运算。用户交互界面与模拟示波器相似，所具有的改进功能使用户减少了学习时间增加了效率。本课题研制的数字示波器还为用户提供了自动参数测量、光标测量、频谱分析、多种触发方式选择等功能。由于采用FPGA技术，设计中将所有数字部分放在大规模可编程器件内部实现，利用可重构技术，电路设计灵活、调试和维护方便，适合于模块化设计。采用NIOSⅡ作为CPU，增强了本机的信号处理功能，使本机可以迅速地处理和分析大量的数据。这些功能充分地显示了数字存储示波器的优势，也极大方便了用户使用。作为本论文的最终目的是研制出一台高性能便携式数字存储示波器。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章引言  8-12
  1.1 项目的背景及意义  8-9
  1.2 论文的课题背景  9-10
  1.3 论文主要研究内容  10
  1.4 本设计创新点  10-12
第2章数字存储示波器的硬件电路设计  12-26
  2.1 数字存储示波器硬件组成  12
  2.2 前端放大电路设计  12-13
  2.3 信号采样电路设计  13-16
    2.3.1 取样基本原理  13-14
    2.3.2 实时取样  14-15
    2.3.3 随机取样  15-16
    2.3.2 顺序取样  16
  2.4 采样电路设计  16-17
  2.5 触发电路设计  17-20
    2.5.1 触发信号的产生  18
    2.5.2 触发时间的控制  18-19
    2.5.3 本设计中的触发电路  19-20
  2.6 测频电路工作原理及实现  20-24
    2.6.1 周期法测频原理  21-22
    2.6.2 多周期同步测频法原理  22-23
    2.6.3 系统中自动测频功能的设计  23-24
  2.7 键盘工作原理及设计  24-26
第3章 FPGA原理及应用  26-31
  3.1 PLD器件的分类  26-27
  3.2 FPGA的基本结构  27-29
    3.2.1 可编程输入/输出单元  27-28
    3.2.2 可编程逻辑单元  28
    3.2.3 嵌入式块RAM  28
    3.2.4 丰富的布线资源  28-29
    3.2.5 底层嵌入功能单元  29
  3.3 FPGA开发流程  29-31
第4章基于SOPC的开发  31-38
  4.1 SOPC BUILDER的设计流程  31-32
  4.2 NIOSⅡ软核CPU  32-38
    4.2.1 指令总线主端口  33-34
    4.2.2 数据总线主端口  34
    4.2.3 乘法支持  34-35
    4.2.4 中断支持  35
    4.2.5 用户自定义指令  35-38
第5章利用DSP BUILDER设计DSP模块  38-47
  5.1 DSP BUIDLER及其设计流程  38-40
  5.2 DSP BUIDLER工程的创建  40-42
  5.3 FFT设计  42-47
    5.3.1 FFT基本原理  42
    5.3.2 基-2 FFT算法  42-45
    5.3.3 基-4FFT算法  45
    5.3.4 分裂算法  45-46
    5.3.5 分裂算法FFT单元的设计  46-47
第6章数字存储示波器的软件开发  47-56
  6.1 uC/OS Ⅱ简介  47
  6.2 uC/OS-Ⅱ程序开发  47-50
    6.2.1 uC/OS-Ⅱ应用程序基本结构  47-48
    6.2.2 uC/OS-Ⅱ API函数  48-49
    6.2.3 多任务实现机制  49-50
  6.3 uC/OS-Ⅱ平台下的函数操作  50-56
    6.3.1 信号量操作函数  50-52
    6.3.2 邮箱操作函数  52-54
    6.3.3 实现临界保护函数  54-56
结论  56-57
致谢  57-58
参考文献  58

基于SOPC的数字存储示波器研究

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