基于SoPC的数字示波器设计
基于SOPC的波形发生器的实验设计
基于SOPC的波形发生器的实验设计
赵麦丽;张怡
【期刊名称】《实验科学与技术》
【年(卷),期】2010(8)6
【摘要】以Altera公司的DE2实验板作为硬件平台,采用SOPC嵌入式系统设计技术,基于Quartus Ⅱ软件,设计并开发了一个能够产生正弦波、方波、三角波,且频率、幅值在一定范围内可调的波形发生器实验.完成了SOPC片上系统及片外信号处理电路的构建,用Verilog HDL设计了DDS模块,用C语言程序进行波形参数的读取及显示.该实验涉及硬件描述语言逻辑电路设计、微机系统构成、硬件电路设计及C语言编程等知识的运用,知识综合性强,设计技术新、难度大,对提高学生的知识综合运用能力、动手能力和创新能力具有重要的促进作用.
【总页数】4页(P3-6)
【作者】赵麦丽;张怡
【作者单位】西南交通大学电气工程学院,成都,610031;西南交通大学电气工程学院,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.6;TN710;TP332
【相关文献】
1.基于SOPC的波形发生器设计 [J], 李斌
2.基于SOPC的任意波形发生器人机交互系统设计 [J], 魏丽娟;肖铁军;郎沁争
3.基于SOPC的任意波形发生器的设计 [J], 侯锡立;靳鹏云
4.基于SOPC的任意波形发生器设计 [J], 杨克琪
5.基于LabVIEW和SOPC的任意波形发生器设计 [J], 刘畅;张立成;蒋宏;杭亦文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于SOPC的数字存储示波器的研究与设计的开题报告
基于SOPC的数字存储示波器的研究与设计的开题报告摘要：数字存储示波器作为一种新型的测试仪器，广泛应用于电子技术领域。
本文提出了一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的系统级集成示波器设计方案。
该方案采用了SOPC（系统级设计平台）技术和高速模数转换器，实现了数字信号采集、存储和显示功能，并可通过USB接口实现与PC机的数据交互。
本文详细介绍了该示波器的硬件和软件设计，并进行了性能测试。
结果表明，该示波器具有较高的信号采集分辨率和采样率，能够满足现代电子技术测试的需要。
关键词：数字存储示波器；现场可编程门阵列；系统级设计；USB接口1.研究背景数字存储示波器是一种采用数字技术进行信号测量和分析的测试仪器。
相较于模拟示波器，数字存储示波器具有更高的采集分辨率和采样率、更强的抗干扰能力和较低的成本等优点，因此被广泛应用于电子技术领域。
目前市场上常见的数字存储示波器一般采用高速ADC（模数转换器）、FPGA和嵌入式处理器等组成，具有设计复杂、维护困难等问题，且价格较高。
因此，设计一款性能稳定、价格低廉的数字存储示波器具有重要意义。
2.研究内容与目标本文旨在设计一款基于SOPC技术的数字存储示波器，并通过实验验证其性能。
具体包括以下内容：①硬件设计：采用高速模数转换器进行信号采集，利用FPGA进行信号处理和控制，通过USB接口与PC机实现数据交互。
②软件设计：利用SOPC平台进行系统级设计，完成数字信号的采集、存储和显示等功能，并通过Matlab实现信号处理。
③性能测试与分析：利用典型的电子信号进行实验，测试示波器的信号采集分辨率、采样率和抗干扰能力等性能指标。
通过上述设计和实验，本文旨在实现一个性能优良、价格低廉的数字存储示波器，并在电子测试领域得到广泛应用。
3.研究方法本文主要采用以下研究方法：①文献调研：对数字存储示波器的原理、设计方法和应用进行详细调研，了解国内外研究现状。
②系统设计：采用SOPC技术进行系统级设计，设计数字信号采集、存储和显示等功能。
基于sopc的频谱仪的设计本科学位论文
武汉理工大学本科生毕业设计（论文）基于SOPC的频谱分析仪的设计学院（系）：信息工程学院专业班级：电子科学与技术0603班学生姓名：王健指导教师：李方敏学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书2、不保密囗。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日毕业设计(论文)任务书学生姓名王健专业班级电子0603指导教师李方敏工作单位武汉理工大学信息工程学院设计(论文)题目:基于SOPC的频谱分析仪的设计设计（论文）主要内容：本设计主要以Altera公司提出的SOPC（System On Programmable Chip）技术为指导，研究基于FPGA的嵌入IP软核的SOPC系统。
以NIOS II软核处理器为开发平台设计了嵌入式频谱分析仪。
并说明了基于Nios II的嵌入式频谱分析仪的优点和研制技术指标，还对Nios II的体系结构进行了深入的分析。
要求完成的主要任务:1.查阅不少于12篇的相关文资料(包括2篇英文文献)。
2.完成开题报告。
3.按照查阅的资料，利用SOPC Builder建立需要的Nios II系统，并利用Nios II IDE 这个软件在这个硬件基础上完成频谱分析的设计。
然后再搭建外部的AD 采样及显示硬件模块，完成整个系统的设计；每周记录设计的进度。
在SoPC上实现的波形发生器
在SoPC上实现的波形发生器摘要：可编程片上系统（SoPC）设计是一个崭新、富有生机嵌入式系统设计方向。
嵌入式集成化设计已成为电子领域发展一个重要方向。
Xilinx提供EDK正是用于创建基于FPGA嵌入式系统开发工具包。
本文介绍基于SoPC波形发生器在EDK工具包下设计与实现。
本设计采用嵌入式软处理器核 MicroBlaze 以及自主编写包括实现DDS在内多种IP Core，最大限度地实现系统集成化。
关键词：SoPC IPCore EDK MicroBlaze DDS 波形发生器引言SoPC可编程片上系统是一种特殊嵌入式微处理器系统。
首先，它是片上系统（SoC），即由单个芯片完成整个系统主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，以FPGA为硬件基础，具有灵活设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件系统在线可编程功能。
IP（Intellectual Property）知识产权是SoC设计中非常重要内容。
资源复用(IP Reuse)是指在集成电路设计过程中，通过继承、共享或购买所需部分或全部知识产权内核(IP Core)进行设计、综合和验证，从而加速流片设计过程设计方法。
IP技术包含两个方面内容：IP核生成和IP核重用。
本设计中采用VHDL语言，构建一个功能强大完整DDS模块，并根据IBM CoreConnect总线连接规范，在DDS 模块外面添加OPB（On chip Peripheral Bus）片上外设总线接口，封装为自定义IP，添加到硬件系统中。
对于本设计来说，利用SoPC和IP优势是可以利用最少元器件，创建一个易配置、易扩展、易修改并且易于继承使用集成系统。
该系统创建是基于Xilinx公司提供嵌入式开发工具包EDK（Embedded Development Kit）来实现。
EDK自带了MicroBlaze软核和PowerPC硬核微处理器及大量免费IP，有利于构建简易系统。
针对MicroBlaze及PowerPC提供C语言编译器，可使系统功能实现更加简易。
基于SOPC的任意波形发生器设计
基于SOPC的任意波形发生器设计目前波形合成技术主要有两种通用的方法，一种是使用专用的DDS 芯片，一种是基于CPLD/FPGA 的解决方案。
虽然专用DDS 芯片的功能也比较多，但控制方式却是固定的，控制不灵活，而利用FPGA 则可以根据需要利用Verilog/VHDL 语言来实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，具有良好的实用性。
1 DDS 技术及其原理任意波形发生器目前主要有两种实现方法：一种是传统的任意波形发生器，但是由于采用的是模拟和模数混合的方法，限制了其频率稳定度,并且系统比较复杂；另一种是基于直接数字频率合成（DDS）技术的任意波形发生器，采用这种技术的AWG 具有很高的频率分辨率和快速的输出频率转换能力，并且输出频率范围宽。
DDS 技术是一种先进的频率合成技术，其优点是易于程控、相位连续、输出频率稳定度高、分辨率高等。
DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件，可编程逻辑器件以其速度高、规模大、可编程以及有强大EDA 软件支持等特性，十分适合实现DDS 技术。
基于以上的原因，该系统采用第2 种实现方法。
DDS 原理框图如图1 所示。
图1 DDS 原理框图2 系统总体设计该系统实现的主要功能是：输出频率相同，幅值相同，具有可调相位差的两路任意波形，同时可实现输出波形过零切换（当波形参数发生改变时，系统总是在零相位时改变输出波形，这样可得到平滑的波形输出），该系统还可以通过PC 端软件产生数据，并通过USB 接口下载到FPGA 中从而生成任意波形。
同时，波形的频率和幅度均可调节，输出频率范围为0.1Hz～1MHz，频率分辨率为0.1Hz，输出电压范围为0～10V。
系统的整体设计如图2 所示。
图2 系统原理框图3 PC 端软件软件设计该系统可以根据用户的需要设定不同的波形，为了使用户更容易的得到自己想要的信号波形，在这里设计了两个可以产生任意波形的方法。
一种方法是绘图法，用户可以自。
基于SOPC的数字存储示波器设计的开题报告
基于SOPC的数字存储示波器设计的开题报告一、选题背景数字存储示波器（DSO）是当今测试测量领域中最主要、最常用的测量仪器之一。
DSO可将模拟信号转换为数字信号进行处理，能够准确测量电路的各种波形参数，提高测量的精准度和可靠性。
数字存储示波器的使用越来越广泛，它的性能和功能已经成为衡量现代仪器测试技术发展水平的标志之一。
二、选题意义数字存储示波器具有测量范围广、精度高、灵敏度高、适用性广、自动化程度高等优点，是用于观察和分析电路波形的现代化高科技测量仪器，其应用范围涉及电子、通讯、计算机、医疗等领域。
随着科学技术的不断发展，数字存储示波器的应用领域将进一步拓展，其在工业生产、科学实验、医学检测、环境监测等领域都有广泛的应用。
针对数字存储示波器在测试测量及应用领域的巨大需求，本文将综合运用FPGA和ARM技术，基于SOPC系统设计一款数字存储示波器，旨在解决现有数字存储示波器在测试时存在的不足，满足用户更高精度、更强实时性和更丰富功能的需求。
三、选题内容和技术路线本文选用SOPC系统作为设计平台，采用FPGA和ARM的组合技术，结合DSP进行数字信号处理，设计出一款基于SOPC系统的数字存储示波器。
(1)系统硬件平台设计本文将基于ALTERA公司的Cyclone IV E系列FPGA，设计数字存储示波器的核心处理器；采用ARM Cortex-A8内核的TI公司的AM335x作为控制器，而屏幕则采用TFT直接驱动技术的LCD.(2)系统软件设计系统软件包括数位信号处理算法、图形绘制算法和通信协议等，其中数位信号处理算法主要包括多种数字信号滤波器、傅里叶变换和小波变换等，用于分析和处理输入信号；图形绘制算法实现波形数据的绘制和显示；通信协议采用USB2.0和Ethernet接口，以方便数据传输和远程监测。
(3)系统调试及性能评估按照开发计划，系统将逐步完成各项设计功能，并进行系统测试及性能评估，确保数字存储示波器的功能完备、性能稳定、精度高、实时性强，并满足市场需求。
基于SOPC的任意波形发生器的设计与实现的开题报告
基于SOPC的任意波形发生器的设计与实现的开题报告题目：基于SOPC的任意波形发生器的设计与实现一、选题背景任意波形发生器是电子测量等领域中常用的一种仪器，用于科学研究、工程设计和生产制造中的各种测试、观测和控制等领域。
传统的任意波形发生器通常采用单片机或FPGA进行实现，功能较为单一、常常不能满足实际需要。
基于SOPC（System On Programmable Chip）的任意波形发生器，可以将各种不同的功能集成在一个芯片中，使其更加方便实用，同时可以减少芯片面积、降低成本和功耗。
二、研究目的和意义本课题主要研究利用SOPC技术，设计和实现一款功能强大、灵活可靠的任意波形发生器。
该系统将能够生成任意形状的波形，并能通过电源控制、频率调节等方式实现各种精细的控制与调节。
其具有如下优点：1.集成度高。
各个模块可以集成在同一个SOPC芯片上，可以实现高度集成度，降低芯片面积、降低成本和功耗。
2.性能稳定。
利用SOPC技术进行系统设计，可以大幅提高模块之间的通信效率和数据传输稳定性。
3.可扩展性好。
系统采用模块化设计，方便同时添加不同的模块，提高系统的可扩展性。
三、研究内容和方法本文主要探讨基于SOPC的任意波形发生器的设计与实现。
具体研究内容如下：1.系统结构设计。
通过对任意波形发生器的整体控制逻辑和主要硬件结构进行分析，确定系统中各个模块具体的功能和连接方式。
2.硬件设计。
设计基板、系统时钟、数字信号处理器、数据存储器、数字输出电路等硬件电路。
3.软件设计。
分析系统中各个模块的程序算法，编写控制程序，并测试各个程序模块之间的通信与控制效果。
4.系统测试。
测试系统的各项功能是否达到预期目标，是否稳定可靠，并进行适当的优化和调整。
四、预期成果通过本项目的研究，将基于SOPC技术设计和实现一款任意波形发生器，该系统将具备以下特点：1.能够生成任意形状的波形。
用户可以自行设定所需波形的各项参数，以满足各种实际需求。
基于SOPC技术的虚拟示波器设计
基于SOPC技术的虚拟示波器设计
引言
模拟示波器由于无法高效地观察实验结果、数据处理功能弱等缺点，已逐渐被数字示波器所取代，但数字示波器价格昂贵。
虚拟仪器是在通用计算机平台上，用户利用软件根据自已的需求定义设计仪器的测量功能，其可以大大拓展传统仪器的功能，降低仪器成本，并可通过软件实现数据的复杂分析、运算和海量存储等功能。
LabWindows/CVI是1种常用的虚拟仪器设计软件，为用户提供了功能强大的虚拟仪器系统开发平台。
为此，本文以LabWindows/CVI为开发平台，利用FPGA中嵌入的NiosⅡ软核构成的SOPC 系统，设计一种双通道虚拟示波器，以达到一般传统示波器的性能指标。
1 虚拟示波器硬件电路设计
1.1 虚拟示波器数据采集通道电路设计
为减少虚拟示波器对被测电路的影响，要求虚拟示波器数据采集通道的输入阻抗在1MΩ以上，因此必须设计合适的衰减器和可控增益的放。
基于SOPC 的数字示波器的设计与实现
第３２卷 第３期２００９年６月电子器件ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌＯｆＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓＶｏｌ．３２ Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２００９ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＤｉｇｉｔａｌＯｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅＢａｓｅｄｏｎＳＯＰＣＷＡＮＧＤｏｎｇ１，２，ＺＨＡＮＧＪｕｎｔａｏ１倡１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｘｉ＇ａｎｆｉｒｅｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎ７１００１６，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：ＡｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｂａｓｅｄｏｎＳＯＰＣ，ｃｏｍｂｉｎｅｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆＦＰＧＡａｎｄＮＩＯＳＩＩＳｏｆｔ－ｃｏｒｅ，ｕｓｅｓｒｅａｌｔｉｍｅｓａｍｐｌｅａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓａｍｐｌｅｍｅｔｈｏｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｅ，ａｄｏｐｔｓｔｈｅｌｏｗｔｉｍｅｄａｔａｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｍａｋｅｓｆｕｌｌｕｓｅｏｆｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｏｆＤＥ１ａｎｄｄｉｓｐｌａｙｓｔｈｅｇｒａｐｈｖｉａＶＧＡｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｂｌｅｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｎｇｅｏｆ１０Ｈｚ～１．５ＭＨｚ，ｉｔｓｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓａｍｐｌｅｒａｔｅ≤１Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓａｍｐｌｅｒａｔｅｏｆ≥２００Ｍｓａｍ－ｐｌｅ／ｓ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｕｔｏ－ａｄｊｕｓｔｉｎｇａｎｄｄａｔａｓｔｏｒａｇｅｗｉｔｈｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ，ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ，ａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｒｅｌｉａ－ｂｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｏｔｈｅｒｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｇｏｏｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＯＰＣ；ＦＰＧＡ；ＮＩＯＳＩＩ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓａｍｐｌｅ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓａｍｐｌｅ；ｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅＥＥＡＣＣ：７２５０Ｅ基于ＳＯＰＣ的数字示波器的设计与实现王 栋，张俊涛倡（１．陕西科技大学电气与信息工程学院，西安７１００２１；２．西安消防支队，西安７１００１６）收稿日期：２００８－１１－１７作者简介：王 栋（１９７３－），男，硕士研究生，研究方向为微电子技术与应用，ｗａｎｇｄｏｎｇ５６６０＠１２６．ｃｏｍ张俊涛（１９６６－），男，副教授，研究方向为微电子技术与应用，ｚｈａｎｇｊｔ＠ｓｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ摘 要：基于ＳＯＰＣ的数字示波器，结合ＦＰＧＡ和软核ＮＩＯＳＩＩ的优势，采用实时采样和等时效采样两种方法实现对较高频率的测量，系统结构设计中尽量采用低耗时的数据传输方式并充分利用ＤＥ１中的资源，采用ＶＧＡ方式显示波形。
基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计
基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计作者：***来源：《现代信息科技》2020年第24期摘要：为了提高显示器电路微控制器驱动速度，提升驱动性能，提出基于SOPC的显示器电路微控制器驱动设计。
采用可编程逻辑技术、编程梯形图进行三相控制，设计驱动模块。
通过串口电路、显示器电路微控制器以及CAN，设计ARM控制模块。
引入PWM数据微处理技术控制模拟电路输出数据，设计PWM数据通信模块，实现显示器电路微控制器驱动整体设计。
实验结果表明，基于SOPC的显示器电路微控制器驱动速度较快，能够有效增强驱动性能。
关键词：SOPC;显示器;电路;微控制器;驱动中图分类号：TN873 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）24-0050-03Driving Design of Display Circuit Microcontroller Based on SOPCWU Yulong（Nanjing Paneng Technology Development Co.，Ltd.，Nanjing 210032，China）Abstract：In order to increase the driving speed and improve the driving performance of display circuit microcontrollers，a driving design of display circuit microcontroller based on SOPC is proposed. Using programmable logic technology，programming ladder diagram for three-phase control，and designs driving module on this basis. ARM control module is designed through serial port circuit，display circuit microcontroller and CAN. PWM data micro processing technology is introduced to control the output data of analog circuit，and PWM data communication module is designed to realize the overall design of display circuit microcontroller driving. The experimental results show that the driving speed of the display circuit microcontroller based on SOPC is very fast，which can effectively enhance the driving performance.Keywords：SOPC;display;circuit;microcontroller;driving0 引言顯示器电路微控制器驱动以其强大的全数字化驱动器，成为当今广为采用的微控制器驱动。
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基于SoPC的数字示波器设计
摘要：在此提出一种基于sopc的数字示波器设计。
采用fpga作为核心器件，通过硬件逻辑模块和nios ⅱ嵌入式处理器对高速a/d 所采集的数据进行快速存储和处理，最终将波形还原显示在彩色液晶屏上。
另外，还设计了用于pc机的软件以还原存储的波形信息，该软件同样也能够进行光标测量等操作。
关键词：数字示波器； sopc； nios ⅱ；光标测量
引言
在电子技术领域中，示波器的应用非常广泛，使用它可以方便直观地观察到信号的全貌，并测量信号的幅度、频率、周期等基本参数。
传统的模拟示波器显示时采用荧光物质的余辉时间都是一定的，导致其难以观测到周期较长的信号。
另外，模拟示波器还无法对信号进行一些特殊的数学处理（如fft）。
而数字示波器正好可以克服模拟示波器的不足，它采用各种先进的测量技术来满足各种应用。
如基于采样原理，采用高速a/d转换器实现高速数据采集，将模拟信号数字化，然后借助处理器强大的数据处理能力实现各种数字信号处理算法，将波形以图形的方式直观地显示出来，并能够得到被测信号各种丰富的参数。
1系统总体方案
本设计的系统框图如图1所示，得益于fpga的灵活性，系统的大部分功能都在fpga内部完成，使得整体结构非常简洁。
外围电
路主要包括a/d转换模块、lcd显示器、sd卡、flash和按键。
a/d转换模块的功能是实现模拟信号到数字信号的转换；flash
模块的功能是存储sopc（system on a programmable chip）片上系统的固件程序；sd卡模块的功能是实现测量信息的长期、大量存储，提供与pc机的接口，便于后期在计算机上进行分析；lcd 模块的功能是对测量信号波形和相关参数的实时显示；按键模块的功能是提供整机的调节和控制接口。
图1系统框图2fpga逻辑功能模块设计
fpga内部系统框图如图2所示。
它主要由采样率控制器、触发控制单元、fifo控制器、频率测量单元、按键控制单元和lcd驱动器构成。
3sopc设计
本设计中使用的是nios ⅱ/f处理器，使用硬件乘除法器，工作于50 mhz。
使用fpga内嵌的ram块作为系统的运行内存。
采用flash 作为片外存储器，保存用户程序，其通过avalon总线三态桥与nios ⅱ处理器相连。
图2fpga内部系统框图3.1sopc软件设计
系统开机调用相关函数初始化lcd，sd卡和fat文件系统之后，首先绘制图形界面，输出固定信息，接着读取波形参数，将其显示在lcd上，然后等待fifo写满。
若fifo写满则将fifo数据读入缓冲区中，同时在屏幕上绘制波形，获得波形的最大和最小值。
最
后如果有用户按键输入则处理按键事件，否则检测波形参数是否变化，若有变化则更新显示，否则等待fifo写满，进行下一次显示。
流程如图3所示。
图3sopc 软件流程3.1.1sopc底层软件设计
底层软件为各设备的驱动程序，主要有：
（1） lcd驱动。
根据显示内容的需求，lcd驱动程序设计了以下函数：
①发送数据/命令：将数据/命令通过驱动器发送到lcd；
② lcd初始化：完成lcd的上电复位和初始化；
③ lcd清屏：清空显示；
④输出一个像素：在指定位置输出一个指定颜色的像素点；
⑤画直线：画从(x0,y0)到(x1,y1)的指定颜色的直线；
⑥画矩形：画从(x0,y0)到(x1,y1)的指定颜色的矩形，可选择是否填充；
⑦输出一个字符：在指定位置输出一个指定颜色的字符；
⑧输出一个字符串：在指定位置输出一个指定颜色的字符串。
（2） sd卡驱动。
sd卡通信采用spi模式，sd卡驱动的函数及功能为：
①发送数据/命令：将数据/命令发送到sd卡；
②读取数据：从sd卡读取一个字节；
③ sd卡复位：sd卡上电后复位并使其进入spi模式；
④ sd卡初始化：初始化sd卡使其作好数据读写准备；
⑤读一个扇区：从指定的扇区地址读取一个扇区的数据到缓冲区；
⑥写一个扇区：将缓冲区数据写入指定的扇区地址处。
（3） fat16文件系统。
fat16文件系统的主要函数及功能为：① fat初始化：获取每簇的扇区数、fat 表地址、根目录地址和fat表占用的扇区数等fat信息；
②确定文件名称：查找已存在的波形文件以确定要保存的文件的名称；
③添加根目录项：将保存的文件的名称、大小、位置等添加到根目录；
④添加fat表项：查找fat表的空簇，将新文件的簇号写入fat 表。
3.1.2sopc 顶层软件设计
sopc的顶层软件主要完成波形及参数的显示、运行/停止控制、光标测量、波形窗口移动、保存数据到sd卡等功能。
（1）波形参数显示。
绘制完图形界面后首先输出波形信息的固定部分，如vpp:??? mv，其中“???”将在读取相关参数后更新。
然后读取相关参数并判断是否变化，若有变化则更新相关显示，在波形输出结束后将峰峰值更新到屏幕上。
（2）波形显示。
波形参数显示完成之后，cpu进入等待状态，
若fifo写满信号为1，则开始读fifo数据并显示波形。
流程如图4所示。
（3）运行/停止控制。
波形显示完后，若读到stop为1，则等到fifo写满后进入停止状态。
在停止状态fifo中的数据保持不变。
在停止状态若检测到用户输入，则执行相应函数。
若检测到stop
为0，则清屏，重绘图形界面，输出运行图标，返回到显示波形状态。
（4）光标测量。
在停止状态若检测到光标测量为1，则进入光标测量状态。
首先将2个光标的y轴坐标转换为实际电压值输出到lcd，然后计算2个光标电压的差值输出到lcd上的相应位置处。
再根据分频系数将2个光标的x轴差值转换为实际的时间，输出到lcd。
最后绘制2个十字光标，每个光标由一横一纵2条直线构成，其交点位于波形上。
图4波形显示流程光标绘制完成后检测用户按键，如果有左右移动或光标切换按键操作，则对相应光标的x坐标做加减运算，然后从缓冲区重新读取波形输出到lcd，将之前的信息覆盖，接着再次调用光标绘制函数绘制新的光标位置和光标的信息。
流程如图5所示。
（5）将波形保存到sd卡。
在停止状态若检测到保存按键输入，则将数据保存到sd卡。
首先在fat表中查找空簇，返回簇号，并
在fat表中标记该簇已被占用，同时更新fat表。
然后在根目录中查找已存在的dat文件，若有dat文件则返回最大的文件名，否则返回0。
然后将缓冲区的数据写入sd卡的对应扇区，扇区地址=根目录地址+根目录大小+（簇号-2）×每簇的扇区数。
接着在根目录中找到一个空闲项，将文件名称、大小、所在簇写入该项，即完成文件的保存。
最后在lcd上输出相应的提示信息。
流程如图6所示。
（6）波形显示窗口的移动。
在停止状态若检测到左右移动输入，则进行波形显示窗口的移动。
当左/右键按下时，若窗口没超过fifo 边界，则将窗口的首地址左/右移2个像素，然后更新显示的窗口，同时按比例更新窗口指示器的位置。
（7）波形文件格式。
用于保存波形的文件使用8.3格式命名，名称为osc_xxxx.dat，其中xxxx为文件的编号。
由于每次采集的波形数据量大小相同，因此文件的大小也为固定值。
fifo深度为256 b，添加触发电平、触发沿、时间刻度等信息后，文件的体积为260 b。
由于磁盘的底层读写操作是按照扇区进行的，一个扇区512 b，所以将文件的大小定义为512 b。
前256 b为波形数据，第257 b为触发沿信息，第258 b为触发电平信，第259 b，260 b为分频系数，通过软件转换后可得时间刻度的大小。
图5光标测量流程图6波形保存流程
4pc机软件设计
pc端软件使用c语言设计，图形部分使用sdl库。
pc机软件用
于打开示波器保存的波形文件，还原波形信息，并可以进行光标测量。
程序首先初始化sdl视频，然后打开文件读取260个字节，关闭文件。
载入背景图案，初始化ttf字体。
将波形绘制到背景图案上并计算相关参数输出到相应位置，绘制两个光标，等待用户移动光标。
光标移动后重新载入背景和波形并更新相关信息。
软件流程如图7所示。
5结语
本文介绍了一种基于sopc的数字示波器设计，实际测试结果表明，系统完成了数字示波器的基本功能，各部分工作正常，各项指标达到设计要求。
在设计过程中采用了fpga 芯片、嵌入式nios ⅱ处理器以及ver。