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基于FPGA的高速采样显示电路的实现

2017-02-27 [责任编辑:susan]
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5分
【导读】通过对被测信号的实时采样,利用等效采样原理,可以将采样率为1MHz等效为200MHz,提高了被测信号的最高频率,具有成本低,性能可靠,便易升级的特点。
 
项目背景及可行性分析

1.项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况
 
项目名称: 基于FPGA的高速采样显示电路的实现
主要内容:通过对被测信号的实时采样,利用等效采样原理,可以将采样率为1MHz等效为200MHz,提高了被测信号的最高频率,具有成本低,性能可靠,便易升级的特点。
 
2.项目关键技术及创新点的论述
 
(1)200MHz脉冲产生电路
直接产生的方波信号,电路复杂,易受外界干扰,性能指标较差,制作难度较大。我们利用晶振产生20MHz方波信号,利用FPGA内部锁相环电路将其倍频到200MHz,电路简单,可靠性高,性能指标好。
 
(2) 多周期测量技术
利用传统的测周期方法,测量计数误差为±1。我们利用增加被测信号周期整倍数来减少测量误差,测量误差为原来的1/10n  。
 
(3) 等效采样算法
首先对输入的模拟信号进行整形,在过零点处产生脉冲,利用相邻两个过零点脉冲对周期为5ns的周期序列进行计数(计数值为N),由此可产生对被测信号周期的测量,测量误差不大于5ns。利用等效采样原理,(T采样=mT信号+△t), △t=1/200MHZ=5ns, 由于最高实时采样率为信号最高频率的十分之一,应取m>=10,故等效采样周期=10*N△t+△t从而完成200mSaPS的等效速率。
 
3.显示技术
 
根据液晶显示原理,液晶屏上的每一个点对应着显示缓冲存储器的一个bit,通过一定的算法,将显示缓存的某一bit 置1,就可将被测信号显示出来。
 
4.控制模式选择
 
控制电路可采用中大规模的集成电路来构成,但结构复杂,移置性差,在此我们选择VHDL语言,通过编程,完成整个电路的控制。
 
项目实施方案

1.方案基本功能框图及描述
 
方案基本功能框图如图1所示。
 
图1.方案基本功能框图
 
将输入的模拟信号分成2路,一路经ADC输入FPGA 芯片 ,另一路经斯密特电路输入给FPGA 。FPGA外接20MHz的晶振,通过FPGA 内部的锁相环倍频至200MHz,即周期为5ns的方波信号。用此方波信号作为时间基准,对经斯密特电路输入信号的周期进行测量,得到被测信号周期=N*5ns,则等效采样的时间间隔=m*(N*5ns)+5ns。根据等效采样原理,此时的采样率相当于1/5ns=200MHz,利用LCD显示技术,可以看到此效果。
 
2.需要的开发平台
 
接口:信号输入的同轴电缆接口。
输出:FPGA开发芯片的输入输出引脚(至少10根引线)。
所需要的目标FPGA开发平台:ISE 9.0
 
3.方案实施过程中需要开发的模块
 
在本方案中需要研制模数转换模块和LCD显示接口模块。若选用初级板Spartan-3E,则无须制作模数转换模块。否则,自行开发这些模块。
 
4.系统最终要达到的性能指标
 
等效采样速率要达到200MHz。利用等效采样原理,(T采样=mT信号+△t), △t=1/200MHz=5ns, 若被测信号的最高频率为10MHz,应取m>=10,故等效采样周期=10*N△t+△t,从而完成200MSaPS的等效速率。
 
需要的其它资源
 
1.设计输入输出功能子板
 
(1)ADC板。将模拟信号通过8位或12位模数转换器转换成数字信号,输入信号幅度1V,最好截止频率10MHz ,采样频率为1MHz,输出数字信号高电平为3.3V。自行研发。
 
(2)LCD
规格: 320x240。购买成品。
稳压电源,液晶显示屏。
 
方针、开发工具
 
ISE9.0综合开发环境。
关键字:FPGA 采样显示 信号采集 
本文链接:http://www.cntronics.com/connect-art/80032257
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