专利名称：一种基于fpga的便携式数字存储示波器的制作方法
技术领域：
本发明是一种基于FPGA的便携性数字存储示波器，属于仪器仪表领域。
背景技术：
数字存储示波器作为现场测试技术的重要工具而被广泛使用于各个测试领域。但由于台式数字示波器体积过于庞大，不方便携带进行现场测试和野外作业，已经不能满足人们的工作需要，因此便携式数字示波器有了一定的发展空间。目前，国外的便携式数字示波器在市场上占据统治地位，国内的研究起步比较晚，且市场上多为低端产品，且价格昂贵。专利号为200610155604. 9、名称为《一种便携式通用数字存储示波器》的专利即属于此列。

发明内容
针对市场上产品便携性不足，性价比低的情况，本发明提供了一种基于FPGA的便携式数字存储示波器，将信号处理等都放在FPGA内部进行处理，外部电路仅放大器和模拟数字信号转换器，再配备VGA显示器组成示波器，以达到成本低廉、体积小、FPGA内部处理信号可保证系统的可靠性之目的。本发明是通过以下方式来实现的一种基于FPGA的便携式数字存储示波器，包括键盘、运算放大模块、模数转换器、 VGA显示器和FPGA模块，其特征在于FPGA模块包括VGA显示控制模块、键盘控制模块、时间控制模块、采样模块、时钟信号产生模块和双端口存储器，时间控制模块分别和键盘控制模块、采样模块、时钟信号产生模块和双端口存储器相连接，双端口存储器分别和VGA显示控制模块、采样模块相连接；运算放大模块输出端和模数转换器的输入端相连接，模数转换器的输出端和FPGA模块中的采样模块相连接，VGA显示器和FPGA模块中的VGA显示控制模块相连接，键盘和FPGA模块中的键盘控制模块相连接。上述FPGA (Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列。上述VGA (Video Graphics Array)是 IBM 在 1987 年随 PS/2 机一起推出的一种视频传输标准，具有iiiim^、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色^Μ 领域得到了广泛的应用。上述一种基于FPGA的便携式数字存储示波器的工作方法，步骤如下a.将示波器的电源接通，将所要测量的模拟信号输入到运算放大模块的输入端， 调节运算放大模块的放大倍数，使得其能满足在VGA显示器上的电压幅值要求，模数转换器采样的；b.放大后的信号输入模数转换器进行模拟信号到数字信号的转换，然后将数字信号送入FPGA模块内部的采样模块；c. FPGA模块内部的采样模块对送入的数字信号进行采样，采样率由时间控制模块控制，而时间控制模块的控制时钟由时钟信号产生模块产生；
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d.采样得到的数据在FPGA模块内部被存入双端口存储器；e. VGA显示控制模块从双端口存储器读取数据并且在VGA显示器上显示波形和数据；f.键盘控制模块根据键盘输入对时间控制模块进行采样率的间接控制，从而使示波器显示清晰的波形。其中，示波器的波形显示范围可调，由FPGA内部控制，显示时基和幅度都可调。本发明优点为成本低廉、体积小、FPGA内部处理信号可保证系统的可靠性。


图1是本发明的结构示意图。其中1、运算放大模块，2、模数转换器，3、VGA显示器，4、键盘，5、FPGA模块，6、VGA 显示控制模块，7、键盘控制模块，8、时间控制模块，9、采样模块，10、时钟信号产生模块，11、 双端口存储器。图2是本发明中的模数转换器的电路图。图中P4是header8*2，是一个淋2公引脚连接器，其中P4 的 1、3、5、7、9、11、13、15和卩卩6六模块相连，2、4、6、8、10、12、14、16 和模数转换芯片相连，P5是2引脚连接器，P5的1脚和FPGA模块相连，2脚和模数转换芯片的CLK相连(如图所示)，模数转换芯片的17脚Ain接运算放大模块，11、19脚接5V电源，13、14脚各自连接一 IK电阻后接2. 5V电源，15、16脚经电容C6和地相连，1、12、18脚接地，20脚接3V电源。本发明模数转换器中的模数转换芯片型号为ADS830e。图3是本发明方法的流程框图；其中a_f为其各个步骤。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。实施例1 一种基于FPGA的便携式数字存储示波器，如图1-2所示，包括键盘4、运算放大模块1、模数转换器2、VGA显示器3和FPGA模块5，其特征在于FPGA模块5包括VGA显示控制模块6、键盘控制模块7、时间控制模块8、采样模块9、时钟信号产生模块10和双端口存储器11，时间控制模块8分别和键盘控制模块7、采样模块9、时钟信号产生模块10和双端口存储器11相连接，双端口存储器11分别和VGA显示控制模块6、采样模块9相连接；运算放大模块1输出端和模数转换器2的输入端相连接，模数转换器2的输出端和FPGA模块 5中的采样模块9相连接，VGA显示器3和FPGA模块5中的VGA显示控制模块6相连接，键盘4和FPGA模块5中的键盘控制模块7相连接。本发明采用型号为Xilinx Spartan-3E, 500K的FPGA来作为设备的主控，用来作外设控制和高速信号处理。采用NE5532组成的信号放大调理电路来作为前期信号的预处理，再通过FPGA时钟控制的模拟数字转换器将模拟信号转换成数字信号。在此之后通过 FPGA内部的逻辑控制将读取后的信号存入内部的双端口存储器，同时VGA控制器控制VGA 显示器显示信号的波形。本发明采用的运算放大模块型号为NE5532 ；VGA显示器型号为S23A700D。
实施例2 上述一种基于FPGA的便携式数字存储示波器的工作方法，如图3所示，步骤如下a.将示波器的电源接通，将所要测量的模拟信号输入到运算放大模块的输入端， 调节运算放大模块的放大倍数，使得其能满足在VGA显示器上的电压幅值要求，模数转换器采样的；b.放大后的信号输入模数转换器进行模拟信号到数字信号的转换，然后将数字信号送入FPGA模块内部的采样模块； c. FPGA模块内部的采样模块对送入的数字信号进行采样，采样率由时间控制模块控制，而时间控制模块的控制时钟由时钟信号产生模块产生；d.采样得到的数据在FPGA模块内部被存入双端口存储器；e. VGA显示控制模块从双端口存储器读取数据并且在VGA显示器上显示波形和数据；f.键盘控制模块根据键盘输入对时间控制模块进行采样率的间接控制，从而使示波器显示清晰的波形。
权利要求
1.一种基于FPGA的便携式数字存储示波器，包括键盘、运算放大模块、模数转换器、 VGA显示器和FPGA模块，其特征在于FPGA模块包括VGA显示控制模块、键盘控制模块、时间控制模块、采样模块、时钟信号产生模块和双端口存储器，时间控制模块分别和键盘控制模块、采样模块、时钟信号产生模块和双端口存储器相连接，双端口存储器分别和VGA显示控制模块、采样模块相连接；运算放大模块输出端和模数转换器的输入端相连接，模数转换器的输出端和FPGA模块中的采样模块相连接，VGA显示器和FPGA模块中的VGA显示控制模块相连接，键盘和FPGA模块中的键盘控制模块相连接。
2.如权利要求1所述的一种基于FPGA的便携式数字存储示波器的工作方法，步骤如下a.将示波器的电源接通，将所要测量的模拟信号输入到运算放大模块的输入端，调节运算放大模块的放大倍数，使得其能满足在VGA显示器上的电压幅值要求，模数转换器采样的；b.放大后的信号输入模数转换器进行模拟信号到数字信号的转换，然后将数字信号送入FPGA模块内部的采样模块；c.FPGA模块内部的采样模块对送入的数字信号进行采样，采样率由时间控制模块控制，而时间控制模块的控制时钟由时钟信号产生模块产生；d.采样得到的数据在FPGA模块内部被存入双端口存储器；e.VGA显示控制模块从双端口存储器读取数据并且在VGA显示器上显示波形和数据；f.键盘控制模块根据键盘输入对时间控制模块进行采样率的间接控制，从而使示波器显示清晰的波形。
全文摘要
一种基于FPGA的便携性数字存储示波器，属仪器仪表领域。包括键盘和FPGA模块等，其中FPGA模块包括VGA显示控制模块、键盘控制模块、时间控制模块、采样模块、时钟信号产生模块和双端口存储器，时间控制模块分别和键盘控制模块、采样模块、时钟信号产生模块和双端口存储器相连接，双端口存储器分别和VGA显示控制模块、采样模块相连接；运算放大模块输出端和模数转换器的输入端相连接，模数转换器的输出端和FPGA模块中的采样模块相连接，VGA显示器和FPGA模块中的VGA显示控制模块相连接，键盘和FPGA模块中的键盘控制模块相连接。本发明优点为成本低廉、体积小、FPGA内部处理信号可保证系统的可靠性。
文档编号G01R13/02GK102411078SQ20111040478
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者刘枭, 姚佳毅, 彭竞宇, 梁博涛, 马丕明 申请人:山东大学