毕业设计论文基于FPGA技术的数字存储示波器设计 精品Word文件下载.docx
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基于FPGA技术的数字存储示波器设计
指导教师:
设计地点:
起迄日期:
毕业设计(论文)任务书
专业电子信息班级姓名
一、课题名称:
基于FPGA技术的数字存储示波器设计
二、主要技术指标:
(1)带宽:
100MHz
(2)垂直灵敏度:
10mv—5v/div
(3)水平灵敏度:
2.5ns—5s/div(4)输入阻抗:
1MΩ
(5)存储深度:
4KB(6)显示:
LED
(7)通道:
单通道等
三、工作内容和要求:
本设计的数据采集采用高速模/数转换器ADl674(A/D),直接用FPGA准确定时控制ADC的采样速率,实现整个频段的全速采样。
数据的存储采用双口RAM(UT62-256)存储采样量化后的波形数据,同样用FPGA控制RAM的地址线。
整个系统采用单通道的方式,信号进来首先经过前端的调理电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内,这里调节电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。
调节后的信号再送到AD变换电路里面完成信号的数字化。
然后把AD转换后的数据送到FPGA中,并把数据保存到FPGA中的FIFO中,FPGA中的电路主要包括有FIFO、触发系统、峰值检测、时基电路等。
4、主要参考文献:
[1]杨刚、龙海燕.现代电子技术一VHDL与数字系统设计[M].北京:
电子工业出版社.2004.
[2]侯伯亨、顾新.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M].西安:
两安电子科技人学.1999.
[3]潘松下、国栋帅.L实用教程[M].成都:
成都电子科技大学出版社.2000.
[4]潘松下、黄继业.EDA技术实用教程[M]北京:
科学出版社.2002.
[5]王振红.VHDL数字电路设计与应用实践教程[M].北京机械工业出版社.2003.
学生(签名)2010年5月7日
指导教师(签名)2010年5月10日
教研室主任(签名)2010年5月10日
系主任(签名)2010年5月12日
毕业设计(论文)开题报告
设计(论文题目)
基于FPGA技术的数字存储示波器设计
一、选题的背景和意义:
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,它主要以微处理器、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。
二、课题研究的主要内容:
UT62-256具有相互独立的数据线、地址线、片选线和读/写控制线,它们可对RAM内部的存储单元分时进行读/写操作。
并且互不影响,解决了高速存储和读取的问题。
将所存储的信号通过数/模转换器AD767转换,用一台普通示波器显示。
该系统资源利用率较高,数据转换和存储采用独立集成芯片;
系统控制以FPGA为核心,从而提高了系统的性能,且易于实现系统的升级。
三、主要研究(设计)方法论述:
根据设计指标要求,基于FPGA的系统结构主要南模数转换、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可失NA/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PLCI/OH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—3。
模拟信号通过AID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。
步骤:
1、硬件电路的设计与调试2、软件的设计及调试3、整体调试与测试
四、设计(论文)进度安排:
时间
工作内容
2010.5.7~2010.5.20
熟悉课题,明确任务要求,调研,收集资料。
2010.5.20~2010.6.1
研究本次毕业设计的思路,并制定框架。
2010.6.1~2010.6.15
根据框架内容完成设计论文初稿。
2010.6.15~2010.6.18
书写设计说明书
2010.6.18~2010.6.25
在指导老师的帮助下进行修改,进一步完善初稿最终完成设计。
2010.6.25~2010.7.3
祥实相关论点、论据,准备毕业设计的答辩。
五、指导教师意见:
指导教师签名:
2010年5月10日
六、系部意见:
系主任签名:
2010年5月11日
摘要
Abstract
第1章前言………………………………………………………………….1
1.1数字存储示波器的发展概况…………………………………………….1
1.2本文所做的研究工作…………………………………………………….1
第2章示波器的工作原理……………………………………………..3
2.1模拟示波器的基本工作原理…………………………………………….3
2.2数字存储示波器的工作原理…………………………………………….4
第3章DSP处理器和FPGA的开发过程简介…………………..5
3.1DSP处理器的开发过程和应用…………………………………………..5
3.2FPGA的开发过程与应用……………………………………………….6
第4章整体设计方案…………………………………………………….8
4.1系统整体设计流程图…………………………………………………….8
4.2整个系统的性能指标…………………………………………………….9
4.3系统的实现方案………………………………………………………….9
4.4元器件的选择…………………………………………………………...11
第5章整个系统硬件设计…………………………………………12
5.1前端数据采集部分硬件电路设计……………………………………...12
5.2FPGA外围电路的设计和内部逻辑电路设计………………………….17
5.3DSP部分的硬件设计……………………………………………………24
第6章系统软件设计…………………………………………………….29
6.1系统初始化………………………………………………………………29
6.2数据处理的相关算法……………………………………………………33
6.3波形显示程序……………………………………………………………35
第7章结束语……………………………………………………………….37
答谢辞
参考文献
数字存储示波器在仪器仪表领域中占有重要的地位,应用范围相当广泛,所以对示波器的研制有重要的理论和实际意义。
本文针对数字存储示波器的设计进行了深入的研究,旨在研制出100MHz带宽的数字存储示波器。
从各个方面考虑,选用了DSP、FPGA和单片机的方案来设计整个系统。
整个系统采用单通道的方式。
信号进来首先经过前端的调节电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内,这里调节电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。
由于本文采用FPGA,使得数字存储示波器的设计比较灵活,容易升级。
可以根据自己的需要进行相关的改进,例如对外围电路做进一步地扩展。
关键词:
DSP;
FPGA;
LCD;
单片机;
数字存储示波器
ABSTRACT
Digitalstorageoscilloscopesplayanimportantroleinthefieldofinstrumentation,ithasawiderangeofapplications,thedevelopmentoftheoscilloscopehasaveryimportanttheoreticalandpracticalsignificance.Inthispaper,wehavedoalotofworktothedesignofdigltalstorageoscilloscope.Thegoalisaimedatthedevelopmentoftherepeat100MHzbandwidthdigitalstorageoscilloscope.
Considereingfromvariousaspects,weselectDSP,FPGAandmicrocontrollertodesignthewholesystem.Thewholesystemissinglechannel.Thesignathatcomeinfromthefirstfront-endhavebeenchangedafitvoltagewhichputintoavoltagesignalAD.Front-endcircmtsheremainlyarecomposedofbysignalattenuationandsignalamplifiercircuit.Afterthefront-end,thesignalshavechangesthedigitalsignalthebyADcircuit.ThisdatahasbeensenttoFPGA,thedataissavedtotheFIFOintheFPGA.ThemaincircuitintheFPGA,includingFIFO,thetriggersystem,thepeakdetectioncircuit,time-asedcircuit,andsoon.
Atthesametime,theuseofFPGAmakesthedesignmoreflexible,andeasiertoupgrade,forexample,itispossiblet
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