編號：c甲7110
山東省電子設計大賽**
vga顯示的多通道數字示波器（c題）
（本科組）
c甲7110
參賽學校：青島農業大學
參賽學生：王鵬機電工程學院電氣工程及其自動化
初文娟機電工程學院農業電氣化與自動化
李洋理學與資訊科學學院通訊工程08級2班
0摘要第 02頁
1 方案論證與設計第03 頁
1.1 控制部分選擇第03 頁
1.2 vga顯示第03頁
2理論分析與計算第04頁
2.1實時取樣與等效取樣的選擇第04頁
2.2 取樣速率分析第04頁
2.3 顯示分辯率分析第04頁
三電路設計第05頁
3.1訊號調理電路第05頁
3.2 ad電路第05頁
3.3 觸發電路設計第05頁
四 fpga內部邏輯實現第06頁
4.1 觸發電路部分第06頁
4.2解析度調節部分第06頁
4.3 ram儲存部分第06頁
4.4 flash儲存部分第06頁
4.5 數碼訊號發生部分第06頁
4.6 vga顯示部分第07頁
4.7嵌入的軟核處理器microblaze模組第07頁
五軟體設計第08頁
六測試方案與測試結果第08頁
七總結第09頁八參考文獻第09頁
附錄第10頁
摘要： 本設計是基於sopc技術的vga顯示數字儲存示波器。採用在fpga內嵌入32位軟核處理器microblaze的 sopc技術為核心來構建系統，充分利用fpga中的可程式設計邏緝器件資源構成各部分數位電路，處理器與eda技術相互補充，形成了整個基於vga顯示的數字示波器的核心，完成高速資料取樣控制、資料處理及波形顯示等系統功能。
設計分為模擬訊號預處理電路、ad取樣電路、觸發電路、ram儲存、flash儲存、可調數碼訊號產生、microblaze控制模組、vga顯示輸出與人機互動介面控制。設計中採用實時取樣，ad取樣後的資料經過觸發電路，滿足觸發條件後送到ram中，然後顯示在顯示器上，並能夠相應按鍵儲存命令，實現波形資料的非易失性儲存。
設計中發揮可程式設計邏輯器件和處理器各自優勢，符合現代設計理念，滿足設計要求。
關鍵詞： sopc microblaze 數字儲存實時取樣 vga
方案一：
選擇加入乙個微控制器做為處理器，這種方案當然可以發揮處理器自身的優勢，實現靈活控制，但是普通的微控制器無法實現高速的資料處理，且本身的資源有限，滿足同時處理大量的資料要求，若選用高檔的微控制器則過於昂貴，且效能提公升不明顯，價效比太低。
方案二：
使用嵌入的軟核處理器microblaze與fpga內部邏輯電路結合的工作方式，物盡其用，一方面發揮處理器控制靈活的優勢，一方面充分發揮硬體地電路的執行的高速，二者結合，優勢互補。電路中的大部分邏輯控制功能都由單片fpga完成，多個功能模組如取樣頻率控制模組、資料儲存模組都集中在單個晶元上，大大簡化了外圍硬體電路設計，增加了系統的穩定性和可靠性。據此，我們選擇了方案二。
方案一：將所有的要顯示點的資料送到ram中，當vga進行掃瞄時通過查詢ram中的顏色數值顯示到螢幕上，從而得出要顯示的圖形和文字，這種方案相當於做了乙個顯示圖形，只要將每屏顯示點的計數的查詢就可得到顏色資料資料，這個方案的顯示簡單，缺點是儲存640*480*9=2764800空間過大，而且在儲存器之前要進行大量的資料計算。
方案二：顯示座標比較法，將要顯示點的座標與圖形資料進行數學比較，得到是否要顯示，可以多個比較得到多個要顯示的資料，從而得到顯示資料，系統具有成本低、結構簡單、應用靈活的優點此部分查詢需要在顯示器上顯示的幾部分資料：底色，漢字，示波器的顯示框，波形資料，將此部分的資料綜合，這幾部分各自有不合的優先順序，當多部分重疊時，根據優先順序顯示出來。
此部分按固定頻率重新整理顯示屏，顯示系統，可以在不使用vga顯示卡和計算機的情況下，實現vga影象的顯示和控制。
所以我們選擇了方案二。
通常取樣是按固定順序進行，並且取樣順序與示波器螢幕上顯示的順序相同 ，這就是實時取樣，實時取樣技術的好處就是可以捕獲單個訊號。題目給出ad的取樣速率為10m，當檔位在1us/div,顯示器上選擇解析度為40點/div,此時顯示器上每四個相鄰掃瞄點為相同的幅值，但被檢測訊號的頻率範圍是在0—1mhz,即在最高頻率1mhz時，實時取樣可以在每週期採10個點以保證取到乙個完整的訊號波形。等效時間取樣又稱重複取樣，在滿足以下兩個條件時：
1.波形必需重複；2 必需穩定觸發，示波器可以從多個波形週期獲得波形不同點的取樣，然後在螢幕上完整恢復波形，它包含順序取樣和隨機重複取樣兩種技術，其好處是可用很慢的模數轉換器。，且題目要求能檢測單次按鍵的波形，等效取樣不能完成非週期波形的取樣，故選用實時取樣方式。
顯示波形的水平軸的調節通過取樣點的時間間隔的變化來調整，題目要求有1us/div,1ms/div,1s/div三個檔位，並且水平顯示解析度為20點/div，因此對應的取樣速率是25ns/點、25us /點、25ms/點，當顯示波形的水平解析度為1us/div時，能分辨的訊號最高頻率為1mhz ，由奈圭斯特定理要求取樣速率至少為2mhz才能使訊號不失真；解析度為1ms/div時，可以分辨的訊號最高頻率為1khz，取樣速率至少應為2khz，同理解析度為1s/div時，取樣速率至少為2hz。本設計中保持ad的取樣速率為10m，完全可以滿足實際需求。
顯示波形的垂直解析度：顯示ram中的資料為12位，其中模擬訊號經ad後的值為10位，兩路數碼訊號的值各佔1位，，要求中有垂直解析度為 10mv/div，100mv/div，1v/div，垂直刻度為8 div。 a/d轉換器的輸入訊號電壓幅度為0~5v，當示波器滿刻度顯示時，被測訊號的幅度將分別為：
vi1＝1v/div×8div=8v，vi2=0.1v/div×8div=0.8v，vi3=0.
01v/div×8div=0.08v。a/d轉換器的滿刻度輸入值為vmax=5v<8v，根據題目要求通過外部輸入來訊號來改變解析度以適應不同精度。
將ad取樣的值和數碼訊號的值據當前檔位進行計數儲存，即1us/div時每10個點儲存乙個，1ms/div時每10000個點儲存乙個，1s/div時每取樣***個點儲存乙個。
在xilinx的exc1控制板的基礎上，為實現系統功能，所設計的外圍硬體電路主要包括：電源電路、訊號調理電路、a/d轉換電路、觸發電路、測試用按鍵抖動電路及鍵盤介面電路。下面只敘述其主要功能實現部分。
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