基于FPGA的高速采樣顯示電路的實現(xiàn)

項目背景及可行性分析

1.項目名稱、項目的主要內(nèi)容及目前的進(jìn)展情況

項目名稱: 基于FPGA的高速采樣顯示電路的實現(xiàn)

主要內(nèi)容：通過對被測信號的實時采樣，利用等效采樣原理，可以將采樣率為1MHz等效為200MHz，提高了被測信號的最高頻率，具有成本低，性能可靠，便易升級的特點。

2.項目關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點的論述；
（1）200MHz脈沖產(chǎn)生電路

直接產(chǎn)生的方波信號，電路復(fù)雜，易受外界干擾，性能指標(biāo)較差，制作難度較大。我們利用晶振產(chǎn)生20MHz方波信號，利用FPGA內(nèi)部鎖相環(huán)電路將其倍頻到200MHz，電路簡單，可靠性高，性能指標(biāo)好。

（2） 多周期測量技術(shù)

利用傳統(tǒng)的測周期方法，測量計數(shù)誤差為±1。我們利用增加被測信號周期整倍數(shù)來減少測量誤差，測量誤差為原來的1/10n 。

（3） 等效采樣算法

首先對輸入的模擬信號進(jìn)行整形，在過零點處產(chǎn)生脈沖，利用相鄰兩個過零點脈沖對周期為5ns的周期序列進(jìn)行計數(shù)（計數(shù)值為N），由此可產(chǎn)生對被測信號周期的測量，測量誤差不大于5ns。利用等效采樣原理，（T采樣＝mT信號+△t）, △t=1/200MHZ=5ns, 由于最高實時采樣率為信號最高頻率的十分之一，應(yīng)取m>=10，故等效采樣周期=10*N△t+△t從而完成200mSaPS的等效速率。

4：顯示技術(shù)

根據(jù)液晶顯示原理，液晶屏上的每一個點對應(yīng)著顯示緩沖存儲器的一個bit,通過一定的算法，將顯示緩存的某一bit 置1，就可將被測信號顯示出來。

5：控制模式選擇

控制電路可采用中大規(guī)模的集成電路來構(gòu)成，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移置性差，在此我們選擇VHDL語言，通過編程，完成整個電路的控制。

項目實施方案

1.方案基本功能框圖及描述

方案基本功能框圖如圖1所示。

圖1 方案基本功能框圖

將輸入的模擬信號分成2路，一路經(jīng)ADC輸入FPGA 芯片 ，另一路經(jīng)斯密特電路輸入給FPGA 。FPGA外接20MHz的晶振，通過FPGA 內(nèi)部的鎖相環(huán)倍頻至200MHz，即周期為5ns的方波信號。用此方波信號作為時間基準(zhǔn)，對經(jīng)斯密特電路輸入信號的周期進(jìn)行測量，得到被測信號周期=N*5ns，則等效采樣的時間間隔=m*（N*5ns）+5ns。根據(jù)等效采樣原理，此時的采樣率相當(dāng)于1/5ns=200MHz，利用LCD顯示技術(shù)，可以看到此效果。

2.需要的開發(fā)平臺

接口：信號輸入的同軸電纜接口。

輸出：FPGA開發(fā)芯片的輸入輸出引腳（至少10根引線）。

所需要的目標(biāo)FPGA開發(fā)平臺：ISE 9.0

3.方案實施過程中需要開發(fā)的模塊

在本方案中需要研制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和LCD顯示接口模塊。若選用初級板Spartan-3E，則無須制作模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。否則，自行開發(fā)這些模塊。

4.系統(tǒng)最終要達(dá)到的性能指標(biāo)

等效采樣速率要達(dá)到200MHz。利用等效采樣原理，（T采樣＝mT信號+△t）, △t=1/200MHz=5ns, 若被測信號的最高頻率為10MHz，應(yīng)取m>=10，故等效采樣周期=10*N△t+△t，從而完成200MSaPS的等效速率。

需要的其它資源

1.設(shè)計輸入輸出功能子板

（1）ADC板。將模擬信號通過8位或12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入信號幅度1V，最好截止頻率10MHz ，采樣頻率為1MHz，輸出數(shù)字信號高電平為3.3V。自行研發(fā)。

（2）LCD

規(guī)格： 320x240。購買成品。

穩(wěn)壓電源，液晶顯示屏。

方針、開發(fā)工具

ISE9.0綜合開發(fā)環(huán)境。