基于sopc的数据采集处理示波器系统的设计与实现

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1、湖南大学硕士学位论文基于SOPC的数据采集处理示波器系统的设计与实现姓名：龙霞飞申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：李仁发20041220摘要随着深亚微米技术的出现，可编程片上系统SOPC成为未来嵌入式系统设计技术发展的必然趋势。在科学实验和产品开发设计中，数据采集处理示波器系统具有重要的实用价值。本文采用了一种新的设计方式，设计实现了一种基于SOPC的数据采集处理示波器系统。基于FPGA和IPCores的SOPc设计、数据采集、数据存储与处理、数据波形的实时显示以及串口通讯是整个系统中的关键技术。本研究系统采用Harvard体系结构，双总线：IBM的工业

2、标准．片上外设总线(OPB)和本地存储器总线(LMB)。在FPGA中嵌入了32位微处理器IPCore(MicroBlaze)，MicroBlaze通过OPB总线访问控制外围设备，实现了数据采集、大量数据存储和处理、驱动LCD实时显示采集数据波形以及通过串口与PC机通讯等功能。系统主时钟频率50mHz，工作电压为1．8v／3．3v，65rasps采样率的数据采集，串口通讯波特率为19200bps，采用JTAG下载接口电路实现FPGA配置下载。研究系统设计具有较高的运行速度、高可靠性、低功耗、设计花费较低，设计周期较短等性能优势。系统还具备软硬件在系统可编程能力和强

3、大的实时处理能力，这是当前同类产品不具备的功能。在文中对软硬件协同设计方法学和IP设计复用技术进行了讨论。从硬件／软件协同设计的角度出发，按照“自顶向下”和“自底向上”相结合的设计方法，分别从硬件平台和软件平台的构造入手，实现整个嵌入式系统开发平台的构建。在设计中充分利用了EDK中提供的IPCore资源，同时也对IPCore的设计语言(VHDL语言)、设计规范和准则进行了研究，使用VHDL语言在行为级对系统进行了描述，作为设计输入文件。采用c语言编写了LCD驱动程序以及数据接收、存储、处理、在LCD上显示数据信号波形以及与PC机串口通讯等应用程序。数据采集电路部

4、分的设计是基于保证采集信号完整性和信噪比等关键性能指标进行的，在设计PCB板时考虑了高速ADC的抗干扰以及整个系统电磁兼容性问题。在文中分析了系统的体系结构、设计方法和实现平台，详尽地说明了系统中软、硬件的工作原理，对硬件电路的设计、驱动程序和应用程序的编写进行了详细的讨论和阐述，给出了系统功能调试验证和分析结论。关键词：现场可编程门阵列；可编程片上系统；液晶显示模块；知识产权；数据采集AbstractWiththeemergingofsubmicrontechnology，theSOPC(systemonaprogrammablechip)designwill

5、developetobethemainstreamtechniqueinembeddedsystemdesignfield．Inmanyscienceexperimentsandproductiondesign，thedataacquisition&processingoscillographsystemisofgreatvaluable．Thispaperpresentsanewdesignmethodfordataacquisition&processingoscillographsystembasedonSOPC．Thekeytechniquesinthe

6、systemdesignareSOPCbasedonFPGAandIPCores、dataacquisition、dataprocessing、thedigitalsignalwavedisplayandserialportcomrnunication．TheresearchsystemhasHarvardarchitecturewithtwobuses：IBM’SindustrystandardOPBbus(on-chipperipheralbus)andLMBbus(10calmemorybus)．An32bitsmicroprocessorIPCore(M

7、icroBlaze)isEmbeddedintoFPGA．MicroBlazevisitsanddrivestheperipheralsthroughOPBbus，implementingthefunctionsofdataacquisition、datastorage、dataprocessing、thedigitalsignalwavedisplayandserialportcommunication．Thesystem’Smianclockfrequencyis50mhz，workingvoltagesare1．8v／3．3v，65msps’Sdataac

8、quisitionfre