基于FPGA的高速采样显示电路的实现

项目背景及可行性分析

1.项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况

项目名称: 基于FPGA的高速采样显示电路的实现

主要内容：通过对被测信号的实时采样，利用等效采样原理，可以将采样率为1MHz等效为200MHz，提高了被测信号的最高频率，具有成本低，性能可靠，便易升级的特点。

2.项目关键技术及创新点的论述；
（1）200MHz脉冲产生电路

直接产生的方波信号，电路复杂，易受外界干扰，性能指标较差，制作难度较大。我们利用晶振产生20MHz方波信号，利用FPGA内部锁相环电路将其倍频到200MHz，电路简单，可靠性高，性能指标好。

（2） 多周期测量技术

利用传统的测周期方法，测量计数误差为±1。我们利用增加被测信号周期整倍数来减少测量误差，测量误差为原来的1/10n 。

（3） 等效采样算法

首先对输入的模拟信号进行整形，在过零点处产生脉冲，利用相邻两个过零点脉冲对周期为5ns的周期序列进行计数（计数值为N），由此可产生对被测信号周期的测量，测量误差不大于5ns。利用等效采样原理，（T采样＝mT信号+△t）, △t=1/200MHZ=5ns, 由于最高实时采样率为信号最高频率的十分之一，应取m>=10，故等效采样周期=10*N△t+△t从而完成200mSaPS的等效速率。

4：显示技术

根据液晶显示原理，液晶屏上的每一个点对应着显示缓冲存储器的一个bit,通过一定的算法，将显示缓存的某一bit 置1，就可将被测信号显示出来。

5：控制模式选择

控制电路可采用中大规模的集成电路来构成，但结构复杂，移置性差，在此我们选择VHDL语言，通过编程，完成整个电路的控制。

项目实施方案

1.方案基本功能框图及描述

方案基本功能框图如图1所示。

图1 方案基本功能框图

将输入的模拟信号分成2路，一路经ADC输入FPGA 芯片 ，另一路经斯密特电路输入给FPGA 。FPGA外接20MHz的晶振，通过FPGA 内部的锁相环倍频至200MHz，即周期为5ns的方波信号。用此方波信号作为时间基准，对经斯密特电路输入信号的周期进行测量，得到被测信号周期=N*5ns，则等效采样的时间间隔=m*（N*5ns）+5ns。根据等效采样原理，此时的采样率相当于1/5ns=200MHz，利用LCD显示技术，可以看到此效果。

2.需要的开发平台

接口：信号输入的同轴电缆接口。

输出：FPGA开发芯片的输入输出引脚（至少10根引线）。

所需要的目标FPGA开发平台：ISE 9.0

3.方案实施过程中需要开发的模块

在本方案中需要研制模数转换模块和LCD显示接口模块。若选用初级板Spartan-3E，则无须制作模数转换模块。否则，自行开发这些模块。

4.系统最终要达到的性能指标

等效采样速率要达到200MHz。利用等效采样原理，（T采样＝mT信号+△t）, △t=1/200MHz=5ns, 若被测信号的最高频率为10MHz，应取m>=10，故等效采样周期=10*N△t+△t，从而完成200MSaPS的等效速率。

需要的其它资源

1.设计输入输出功能子板

（1）ADC板。将模拟信号通过8位或12位模数转换器转换成数字信号，输入信号幅度1V，最好截止频率10MHz ，采样频率为1MHz，输出数字信号高电平为3.3V。自行研发。

（2）LCD

规格： 320x240。购买成品。

稳压电源，液晶显示屏。

方针、开发工具

ISE9.0综合开发环境。