一种数字示波器的微处理器硬件电路设计

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

本设计采用外接25M有源晶振为以太网收发器提供时钟输入，当配置为100Mbit/s的数据传输速率时，LAN8710提供给EMAC 25MHz的发送时钟TXCLK和接收时钟RXCLK；当配置为10Mbit/s的数据传输速率时，25MHz时钟输入经LAN8710内部PLL分频10倍后得到2.5MHz的收、发数据时钟送给EMAC。发送数据总线TXD[3:0]和接收数据总线RXD[3:0]分别在发送时钟TXCLK和接收时钟RXCLK的上升沿被触发。当选择半双工工作模式时，网络冲突监测信号COL若检测到网络出现数据发送冲突，该信号会自动置位报警。载波感应信号CRS在网络处于繁忙状态时，会自动置位并告知EMAC。若在接收的帧中发现错误，接收数据错误标志信号RXERR会置位，并