基于FPGA的数字示波器设计

div，100 mV／div和10 V／div，即每div可代表1 000 mV，100 mV和10 mV。

　　A／D转换模块的模拟信号输入端的输入信号电压为0～2 V，当示波器满刻度显示时，被测信号的幅度将分别为：V11=1 V／div×10 div=10 V，V12=0.1 V／div×10 div=1 V，V13=10 mv／div×10 div=100 mV。A／D转换器的满刻度输入值为Vmax=2 V，程控放大器电路的增益AN=Vmax／VIn，其中N=1，2，3，对应于3档不同垂直灵敏度的增益分别为：A1=2／10=0.2；A2=2／1=2；A3=2／0.1=20。

　　A／D转换器的满刻度输入值为Vmax=5 V《10 V，将AD采样的值和数字信号的值据当前档位进行计数存储，即1μs／div时每10个点保存一个，1 ms，／div时每10 000个点保存一个，1 s／div时每采样10 000 000个点保存一个。

　　3.4.2 扫描速率分析

　　A／D的转换速率取决于被测信号的频率范围，或DSO对扫描速度的要求，设计扫描速度含1 ms／div，1μs，／div，1 s／div三档，通过FPGA内部建立分频电路实现了最高采样率16 MS／s，每10倍频步进，共六档，增加了该示波器的实用性。水平显示分辨率为64点／div，以保证显示波形清晰稳定。

　　3.5 VGA显示部分

　　VGA显示模块使用双缓冲机制，软核MicroBlaze通过读写显存来控制VGA显示。VGA显示可显示3种颜色，利用了SOPC的优势。GRAM位宽32b，大大提高了FPGA刷屏的速度。vga_dn与GRAM对内嵌的MCU设计成为BlackBox，MCU只需向相应地址发送合适数据即可显示想要的波形。本设计主要实现了的显示为：底色，汉字，示波器的显示框，波形数据。通过取字摸的方式，可在显示屏上显示中文信息。当部分的数据进行综合时，这几部分的数据各自有不同的优先级，当多部分重叠时，根据优先级显示出来。

　　4 总体效果

　　图3为同时显示2个数字通道和1个模拟通道的界面，通道1（CH1）为模拟通道，通道2（CH2）和通道3（CH3）为数字通道，输入信号为一正弦波，峰一峰值为1.2 V，通道2，设定输入信号信号电压大于0为高电平，反之为低电平，故通道2为占空比为50％的矩形波。通道3设定输入信号大于3.3 V为高电平，反之为低电平，故在本图上通道3为占空比约为25％的矩形波。由图可知观察值与计算值相符。

　　5 结语

　　设计实现了一款基于FPGA的VGA显示的多通道数字存储示波器。FPGA的高速性比其他控制芯片更适合于高速数据的采集和处理，另外FPGA内部存储模块在完成输入信号的量化存储速度上有着外接RAM无法比拟的优势。通过测试，设计系统比较好地完成了各项设计要求。