论文总字数：13272字

摘 要

数字示波器因具有波形触发、测量、存储、显示等独特优点，在工程测量中占有非常重要的地位。

本次设计采用的是FPGA（现场可编程逻辑门阵列）方式，该系统主要包括A/D采集模块、触发模块、数据存储模块、显示模块。本次设计主要是存储和显示两个模块。正文部分对各个模块的设计思路、实现原理、实现逻辑作了详细的论述。另外本次设计是在塞灵思公司的vivado的平台上搭建的，该平台可将各个模块打包成IP核进行系统的整合。这样做的好处就是可以及时发现系统存在的问题，便于设计的调整修改。实物系统是在塞灵思公司的Basys3开发板上以及一个VGA显示器实现的。使得本文设计的系统在用户随身携带的前提下，很轻松地就能实现对波形进行采集和显示。

关键词：Vivado FPGA IP核 VGA显示

Design of digital oscilloscope based on Vivado

Abstract

Digital oscilloscope has a very important role in engineering survey because of its unique advantages, such as waveform trigger, measurement, storage, display and so on.

This design uses the FPGA (field programmable gate array), the system mainly includes A / D data acquisition module, a trigger module, data storage module, display module. This design is mainly to store and display two modules. Body part of each module design ideas, the realization of the principle and implement logic were discussed in detail. Also the design is built on the Xilinx company vivado platform. The platform can each module is packaged into the IP core for system integration. The benefits of doing so is to timely detection of problems exist in the system, easy to design modify. Physical system is in Plug lingsai company Basys3 development board on the and a VGA monitor implementation. So in this paper, the design of the system in the user carries the premise, easily will be able to achieve waveform acquisition and display.

Key Words:Vivado FPGA IPcore VGA display

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1设计简介 1

1.1.1背景介绍 1

1.1.2系统介绍 1

1.1.3系统工作原理 2

1.2设计平台介绍 3

1.2.1软件平台介绍 3

1.2.2硬件平台介绍 4

1.3设计内容 6

第二章 软件平台操作流程 8

第三章 存储模块设计 12

3.1存储器的选择 12

3.2数据的读取 12

第四章 显示模块设计 14

4.1VGA接口定义 14

4.2VGA显示原理 14

4.3VGA时序分析 14

4.4波形显示方法 16

第五章 系统调试 18

5.1软件仿真 18

5.2系统制作与实物调试 19

总结 25

参考文献 26

致谢 27

附录 28

1. 引言

1.1设计简介

1.1.1背景介绍

示波器在工程测量中占有非常重要的地位，利用示波器不仅可以能够观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线。还可以用它测量不同的电量，如电压、电流等。数字示波器因具有波形触发、测量、存储、显示等独特优点，其使用也日益广泛。

1.1.2系统介绍

本系统是基于Vivado的FPGA的设计，并且是在Basys3开发板上构建一个简易的数字示波器，其简化框图如下：

触发电路

VGA显示

控制逻辑

AD采样

波形数据存储器

峰峰值、频率计算

图1-1-1 系统简化框图

与传统单片机的设计相比，采用FPGA的好处可以说是很多的。虽然单片机有着易扩展、易于开发、控制功能强等一些有点，但是它对于我们这个设计来说它的处理速度和内存就显得有点捉襟见肘了。我们再来看看FPGA的特点：　　

（1）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。　　

（2）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。　　

（3） FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

从这几点中我们不难看出FPGA在完成比较复杂的系统上要比传统单片机快捷。另外再比较一下两者的内存问题。一般的单片机，内部ROM的大小为8kb以下，内部RAM256kb以内。而FPGA可以根据设计不同的要求将其内存配置为单端口、双端口、内存地址存储器以及FIFO等常用数据结构。除了嵌入式内存，还可以将FPGA中的查找表灵活的配制成RAM、ROM和FIFO等结构。

根据对比结果来看，本次设计采用了基于FPGA的开发方式。目的就是能够高效地完成此次设计的目标。

1.1.3系统工作原理

首先，AD模块对给出的模拟信号进行采样，触发电路根据采样信号判断触发条件（例如，上升沿触发）。满足触发条件后，连续采样一定数量的点（本系统中连续采样640个点），存储到RAM中。峰峰值，频率计算模块对RAM中储存的波形数据进行计算，得到波形的峰峰值以及频率。VGA模块将波形显示出来，并显示计算得到的峰峰值和频率数值。

1.2设计平台介绍

1.2.1软件平台介绍

Vivado设计套件，是FPGA厂商Xilinx（赛灵思）公司2012年发布的集成设计环境。除了传统上寄存器传输级（RTL）到比特流的FPGA设计流程外，Vivado设计套件新提供了系统级的设计流程，该系统级设计的中心思想是基于知识产权（IP）核的设计。其设计套件有如下独特功能：

⑴Vivado设计套件为用户提供了一个用于配置、实现、验证和集成IP的环境。

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