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摘 要

数字示波器可以在采样一定的点数情况下，将波形信号处理后实时的保存到存储器中然后将模拟信号送到VGA中，并且对比模拟示波器相比，其优点也很多，如：输出稳定，波形可存储性，操作简易等。

本系统所设计的示波器是一个可以实时采样波形点、显示功能可调整的数字存储示波器。该示波器具有组件简单并且成本低廉等优点。本系统的开发环境是vovido2014.4，一种适用于FPGA的开发环境，可以直接用Verilog语言进行开发，环境搭建简便，误差小。可以在屏幕上显示波形时长超过一个周期。

本系统是以xc7a35tcpg236-1芯片为核心，设计的部分包括：首先是模数转换模块对输入的正弦信号进行采样，在触发条件下连续采样640点存储到存储器中，通过峰峰值、频率计算模块对存储的采样点计算频率及峰峰值，最后通过VGA显示器将波形显示出来。

关键字：数字存储示波 FPGA vovido AD模块

Design of Digital Storage Oscilloscope Based on FPGA

Abstract

The digital storage oscilloscope can display the analog signal through sampling, storage and display. And digital storage oscilloscope compared with many advantages, such as: stable output, waveform storage, easy operation, etc.

The system is to build a real-time sampling, waveform adjustable digital storage oscilloscope. The oscilloscope has the advantages of simple assembly and low cost. The development environment of this system is vovido2014.4 version, which is suitable for basys3 development board. It can directly use Verilog language development, the environment is simple and with small error. And it can display the waveform on the screen over a period of more than one cycle.

The system is based on basys3 development board as the core. The design part includes: AD module to sample an analog signal, trigger circuit according to the sampling signal to determine whether the conditions meet, meet the conditions trigger continuous sampling after a certain number of points in the ARM. Through the peak to peak value and frequency calculation module, we can calculate storage of the sampling points to calculate the frequency and peak value. Finally it will be displayed through the waveform VGA display.

Keywords: digital storage oscilloscope; FPGA; vovido; AD module

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 数字存储示波器概述 1

1.2 发展现状及选题意义 2

1.3 研究内容 3

第二章 数字存储示波器方案论证 5

2.1 数字存储示波器的工作原理 5

2.2 示波器的技术指标 7

2.3 方案论证 8

2.4 设计方案比较与选择 9

第三章 数字示波器各模块设计 11

3.1 A/D转换模块 11

3.2 ROM模块的初始化和计算模块算法 16

3.3 VGA显示模块 18

3.4 触发电路的设计 19

3.5 峰峰值和频率计算模块 20

第四章 顶层文件的设计与实现 23

4.1 顶层文件的作用 23

4.2 设计的内容 23

第五章 系统的综合与测试结果 25

5.1 综合的作用 25

5.2 测试方案 26

5.3 测试结果 26

第六章 总结 28

参考文献 30

附录 32

致谢 47

第一章 引言

1.1 数字存储示波器概述

示波器是生活中常见的工具，其基本功能是可以将模拟波形显示出来。它可以测量信号的各种参数和实时监控参数的状态变化。也可以对两个信号的波形进行对比，观察它们的频率与幅值，来对被测信号的状态进行分析，从而快速检测出电路出故障的部分。如果对数字存储示波器加入数字信号处理方面的算法的话，完全可以快速的得出我们所需要的各种电路的参数。

数字示波器是数字存储示波器的简称。数字示波器是一种数字化的仪表。当信号输入进数字示波器的时候，示波器里面的模块对信号进行采样，量化，储存和编码，就可以在屏幕上显示出编码后的信号波形了。同时通过计算模块可以的出被采样信号的一些其他的信息，例如：频率与幅值等。被显示出波形的误差和带宽是由示波器内部处理信号的的模数转换模块和采样时钟的频率所决定的，由奎恩定理可知，采样频率要大于两倍的信号的最大频率。数字存储示波器是所有类型示波器中优势明显的一种示波器数字示波器，其优点有：

在量化后的波形信号被存储起来并且没有被刷新时，我们可以随时查看存储的波形，因此信号如果有瞬间变化时我们可以很容易观察到。

多种触发方式由设计者自行设计。

可以设置多个通道，对多个信号同时进行输入采集，方便比较。

测量结果准确。因为示波器采样时钟是硬件中的晶振发出的，精准度非常高，数字光标的测量方式也让数字示波器精度有所提升。

显示方式可以调节。只需要调节采样的频率就可以调节采样的精度，所以一般的数字示波器中都可以调节显示波形的长短的功能。

方便了数据的收集和处理。因为被采集信号量化后的值是被存储起来的， 所以可以很容易的就对信号进行检测，求峰峰值，频率，FFT变换等等。还可以很方便的对信号进行各种算法的计算。

因为以上这么多的优点，数字示波器已经被广泛的应用于生产生活的各种领域之中了。

1.2 发展现状及选题意义

数字示波器的设计思想第一次被提出是在四十年前。经过四十年的不算发展数字示波器也逐渐的发展成为将模数转换技术和存储功能技术应用在一起的应用广泛且对比其他示波器优势明显的一种新型示波器。现代化的数字存储示波器的主要特点有波形可调节显示、触发的模式可以有多种设定、可以对频带宽度的大小进行自动计算、自动对采样的模拟波形值存储、可以实现自动化的测量等优点，在市场上正在逐渐的取代老式模拟示波器，被广泛的应用于实验室和其他领域。

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