0 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。

2 FPGA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。

3 SoPC设计
    本设计中使用的是NiosⅡ／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NiosⅡ处理器相连。
3．1 SoPC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。

3．1．1 SoPC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；
    ②LCD初始化：完成LCD的上电复位和初始化；
    ③LCD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；
    ③SD卡复位：SD卡上电后复位并使其进入SPI模式；

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