实用数字示波器的微处理器硬件设计方案

程序代码、Boot loader程序、中英文字库、开机画面等。

　　基于OMAP-L138的示波器硬件系统结构图如图2所示：

　　图2 数字示波器系统结构图

　　本设计中，被测信号进入模拟通道调理后送入ADC，ADC对模拟信号采样、量化后，进入FPGA数据流降速和数据同步处理，然后根据存储深度要求选择存入 FPGA内部FIFO或者存入片外SRAM，待FPGA内部FIFO或者片外SRAM满标志有效后，DSP读取采样数据存入DDR2 SDRAM，并完成一系列复杂的处理和运算，如FFT、插值和滤波等，再存入在DDR2内拓展的显示存储区，待需要显示时再由DSP读取显存中的数据通过内部集成的LCD控制器采用DMA方式将数据送到LCD显示，完成一次采集过程。

　　OMAP-L138与DDR2的接口电路设计

　　OMAP- L138内部集成的DDR2/Mobile DDR控制器可外接工作频率150MHz的DDR2 SDRAM或者工作频率133MHz的Mobile DDR。本设计采用DDR2 SDRAM作为系统后级波形数据缓存器。较之SDRAM，DDR2 SDRAM不仅读写速度可大幅提高，存储容量更是得到极大扩展，示波器因而能够存储更多波形数据并观察到更多的波形细节，提高示波器对复杂信号和瞬态信号的捕获概率。本设计的DDR2 SDRAM选用镁光公司的DDR2 800内存颗粒，型号为MT47H64M16，容量为1Gbit，核心工作电压为1.8V，核心工作频率为400MHz，由于OMAP-L138内部的 DDR2控制器最高工作频率为150MHz，所以此系统中DDR2需要降频使用。OMAP-L138与DDR2的接口连接示意图如图3所示：

　　图3 OMAP-L38与DDR2的接口连接示意图

　　DDR2 的信号线包括时钟、数据和命令三部分。本设计由DDR2控制器提供差分时钟CLK+和CLK-给DDR2，，差分时钟之间并接一个100Ω的匹配电阻，用以消除时钟的毛刺并限制驱动电流;数据部分主要完成数据传输工作，包括数据线DQ［15:0］、数据同步信号DQS（本设计LDQS对应数据线低八位，UDQS对应数据线高八位）、数据信号屏蔽线DM（在突发写传输时屏蔽不存储的数据，LDM对应数据位低八位DQ［7:0］，UDM对应数据线高八位 DQ［15:8］），本设计在DQS信号和DM信号上串接一个22Ω的电阻，起抗干扰和滤波作用，提高信号质量;命令部分包括行地址选通信号RASn、列地址选通信号CASn、写使能信号WEn、片选信号CSn、时钟使能信号CKE以及芯片内部终端电阻使能ODT，主要完成寻址、组成各种控制命令以及内存初始化工作。本设计由于DDR2控制器内没有终端电阻，因此将DDR2 SDRAM的ODT信号直接接地使DDR2芯片内的终端电阻无效。

　　DDR2的读、写时序图分别见图4和图5：

　　图4 DDR2的读数据时序图

　　图5 DDR2的写数据时序图

　　以太网的接口电路设计

　　用示波器测量电信号时，信息和测量结果便捷的保存和共享变得日益重要。若数字示波器提供以太网接口，开发人员就可以方便地将测量数据和结果通过网络共享，实现远程调试;也可以将波形数据通过网络上传到PC机上，在PC机上实现波形数据的处理、分析和显示。

　　OMAP-L138内部集成的以太网控制器（EMAC）支持IEEE802.3标准，支持10Base-T和100Base-T两种以太网标准，有全双工和半双工两种工作模式可供选择，提供了MII和RMII两种以太网接口。

　　选用LAN8710以太网收发器，该以太网收发器提供MII和RMII两种以太网接口。本设计采用MII接口实现LAN8710与EMAC的互联。MII接口包括一个数据接口，一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道有4根数据线、时钟和控制信号，其中管理接口是双信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据信号。通过管理接口，上层能监视和控制PHY。管理接口的时钟MDC由EMAC提供，最高可达 8.3MHz;数据信号MDIO是双向接口，与MDC同步，控制收发器并从收发器收集状态信息。可收集的信息包括链接状态、传输速度与选择、断电、低功率休眠状态、TX/RX模式选择、自动协商控制、环回模式控制等。

　　以太网接口连接示意图如图6所示：

　　图6 以太网接口连接示意图

　　结论

　　本设计有以下优点：数据处理与系统控制同步执行;微处理器内部存储资源丰富，且采用二级缓存结构，系统响应速度快;外设资源丰富，提供了如 USB接口、RS232接口和以太网接口等与PC机互联的接口，方便示波器上采集到的波形数据在PC机上实时处理和在线调试;外部存储器资源丰富，采用 1Gbit 容量的DDR2 SDRAM作后级波形数据缓存区和显示数据缓存区，能够存储更多波形数据，观察到更多波形细节。由此可见，采用该示波器系统可大幅提高数字示波器的数据处理能力和波形捕获率，整机的响应速度也将上一个台阶。