常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 毕业设计论文
器中, 因而存储时间可以无限长。数字存储示波器主要利用 A/D转换技术和数字存储技术来工作, 它能迅速捕捉瞬变信号并长期保存。该示波器首先对模拟信号进行高速采样以获得相应的数字数据并存储, 存储器中储存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形; 然后利用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算, 从而获得所需要的各种信号参数; 最后, 该示波器根据得到的信号参数绘制信号波形, 并对被测信号进行实时、 瞬态分析, 以方便用户了解信号质量, 快速准确地进行故障诊断。数字存储示波器将输入模拟信号经过 AD/转换, 变成数字信号, 储存在半导体存储器 RAM中, 需要时将 RAM中存储的内容读出显示在 LCD, 或通过 DA/转换, 将数字信号变换成模拟波形显示在示波管上。数字存储示波器可以采用实时采样, 每隔一个采样周期采样一次, 可以观察非周期信号川。数字示波器的采样方式包括实时采样和等效采样(非实时采样)。等效采样又可以分为随机采样和顺序采样, 等效采样方式大多用于测量周期信号。图2-2表数字示波器工作原理框图。
图2-2数字示波器工作原理框图
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第3章 DSP处理器和FPGA的开发过程简介
DSP在数字图像处理，音频信号处理等方面有着非常广泛的应用。它以其专门的硬件乘法器，特殊的信号处理指令使得它高速的运算速度比最快的CPU还快上好几十倍。FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA的使用非常灵活，同一片FPGA通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。本章主要是针对DSP、FPGA的发展情况和开发流出作简要的介绍。
3.1 DSP处理器的开发过程和应用
随着 DSP应用范围的扩大、处理能力的加强以及DSP更新速度的加快，DSP 处理系统越来越复杂，对设计者来说难度也越来越大，为此有的厂家已产生出一定标准，依据标准来设计生产电路板的DSP处理模块，同时为这种标准模块提供丰富的软件开发系统和算法库。其中典型的如 TMS320C4X 和 SDSP2106X，它们可以通过通信口和全局总线插座，将若干个模块安装在母板上，方便地组成多处理器系统。这种模块化设计降低了硬件设计难度，减少了 硬件设计时间，有利于更高效的开发DSP系统。
目前各 DSP芯片生产厂家已经把以上列出的各开发工具集成在一起,构成集成开发环境。例如 TI 公司的 CCS IDE（Code Composer Studio Integrated Development Environment）可以提供环境配置、源程序编辑、编译连接、程序调试、跟踪分析等各个环节，以加速软件开发进程，提高工作效率。它把编译、汇编、链接等工具集成在一起，用一条命令即可完成全部的汇编工作。另外把软、硬件开发工具集成在其中，使程序的编写、汇编、程序的软/硬件仿真和调试等开发工作 在统一的环境中进行，给开发工作带来极大的方便。 3.1.1 DSP处理器发展历程以及发展现状
DSP发展历程大致分为三个阶段：70年代理论先行，大概在70年具备了完整的DSP的理论和算法基础。80年代DSP产品开始普及，随着电子技术的高速发展，1982年世界上诞生了第一块DSP芯片，很快DSP在语音合成和编码解码器中得到广泛应用。再加上CMOS工艺的诞生，使得DSP芯片的集成度性能都得到空前的提高，其存储容量和运算速度也成倍提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代突飞猛进。90年代相继出现了第四代和第五代DSP器件。将DSP芯核及外围组件综合集成在单一芯片上。同时DSP的价格也大幅度下降，使得DSP芯片不仅在高端的通信、计算机领域大显身手，而且在低端的家用电器等方面DSP也是应用越来越广泛。
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3.1.2 DSP处理器的具体开发流程
对于DSP开发来说，可以根据不同情况来决定是否要选择操作系统。操作系统的使用可以在一定程度上缩短开发周期，但是操作系统对于实时性很高的场合来说就不一定合适。而没有操作系统的开发方式相对来说可能比较复杂一些，需要用户对DSP的硬件架构，对DSP的外围电路的驱动等非常熟悉。开发过程的时候，所有程序都是从硬件调试到初始化程序和应用程序都在CCS中进行开发。需要操作系统的开发方式相对来说简单一些，但是如果加入了操作系统之后，由于操作系统可以屏蔽到硬件的相关细节，用户即使不了解硬件的相关细节也可以进行开发，使得用户可以把精力专门集中在应用程序的开发上来。同时可以缩短开发周期。DSP开发工具主要包括有：C语言编译器(C Compiler)、汇编语言工具、汇编器(Assembler)、连接器(Linker)、归档器(Archive)、交叉引用歹愫(Cross Reference Lister)。如果是C语言程序，首先是C语言编译器将程序编译成汇编语言源程序，然后送到汇编器里面进行汇编，汇编后产生COEF格式的目标代码，再用连接器进行连接，生成DSP上可以执行的COEF格式的目标代码。然后就可以利用调试器对代码进行调试。调试正确之后就可以把代码写入到Flash里面了。
开发流程图3-1所示：
图3-1 DSP的开发流程
3.2 FPGA的开发过程与应用
随着现场可编程逻辑器件越来越高的集成度，加上不断出现的I/O标准、嵌入功能、高级时钟管理的支持，使得现场可编程逻辑器越来越广泛。 3.2.1 FPGA发展历程及现状
从Xilinx公司推出了世界上第一片FPGA(现场可编程逻辑芯片)，FPGA已经
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历几十年的发展。从最初的一千多可利用门，发展到90年代的几十万个可利用门，到十一世纪又陆续推出了几千万门的单片FPGA芯片。FPGA使用灵活，适用性强，特别适用于复杂逻辑的设计，有利用电子系统小型化，而且其开发周期短、开发投入少、芯片价格不断降低，促使FPGA越来越多地取代了ASIC的市场。 3.2.2 FPGA开发流程
FPGA开发流程可以分为如下几步：
①设计输入，设计输入主要包括原理图输入、状态图输入、波形图输入以及某种硬件描述语言，比如说是VHDL、Verilog的源程序。它是利用这些输入去描述一个电路的功能。
②功能仿真，功能仿真就是利用相关仿真工具对相关电路进行功能级别仿真，也就是说对你的输入设计的逻辑功能进行相关的模拟测试。在功能上面来了解电路是否能够达到预期要求。这里的功能仿真纯粹是模拟性质的，不会设计的任何具体器件的硬件特性。
③综合，综合就是行为或者功能层次表达的电子系统转换成低层次门级电路的网表。
④布局布线，就是将综合后的网表文件针对某一个具体的目标器件进行逻辑映射。此时应该使用FPGA厂商提供的实现与布局布线工具，根据所选芯片的型号，进行芯片内部功能单元的实际连接与映射。
⑤时序验证，就是要使得时序仿真过程中，建立与保持时间要符合相关的制约，以便数据能被正确的传输。使仿真既包含门延时，又包含线延时信息。能较好地反映芯片的实际工作情况。
⑥生成SOF等文件，此文件可以通过调试器把它下载到系统中间去。而FPGA设计流程的其他步骤基本上由相关工具去完成，因此只要自己设置好相关参数，不要人为干预太多。而验证的话就需要用户花费大量的时间去完成。
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第4章 整体设计方案
在数字存储示波器的设计中主要分为两大部分：硬件设计和软件设计。本章主要介绍示波器系统整体的设计流程，系统整体性能参数以及最终方案的确定。并对所选的方案做了详细介绍，根据此方案确定了元器件的选择。
4.1系统整体设计流程图
开始设计一个系统的时候，第一步是撰写整个系统的方案。对整个系统如何实现应该有个详细的了解。方案确定之后，就要设计这个系统的具体性能指标。再然后根据这个系统的性能指标选择相关的元器件。这之后，就可以进行软硬件设计了。一般硬件和软件开发可以同时进行。这样在完成系统的软件和硬件之后。分别对软件和硬件进行调试。分别调试完成之后，就进行系统的集成。之后再进行整个系统的测试工作。
图4-1给出了系统的整体设计流程。
图4-1 系统的整体设计流程
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