**这是本文档旧的修订版！**

示波器是电子工程师的眼镜，它同万用表、信号发生器、电源一起号称工程师四大件。随着技术的发展，当前使用的几乎所有的示波器都是数字示波器，其核心就是将被测量的模拟信号通过高速的A/D变换器变换成数字信号，在显示屏幕上以时域波形的方式显示出来。不同价位的示波器主要差别在于取样频率、波形的存储深度以及内置的数字信号处理功能。

为了更深入地掌握示波器的工作原理，我们在本项目中采用串行ADC对模拟信号进行量化，通过FPGA内部的存储器进行采样数据的缓冲，再通过LCD将波形显示出来。

项目要求：

  • 基于小脚丫FPGA学习模块＋串行ADC＋LCD显示制作简易的数字示波器
  • 显示屏128*64，SPI接口
  • 通过按键控制波形的左右移、放大、缩小
  • 采样频率>1Msps
  • 被测模拟信号幅度0-3.3V
  • 存储深度：1KByte
  • 能够测量频率和幅度并在LCD屏上以文本的方式显示出来
  • 具有直流电平触发功能，触发电平可以在0-3.3V之间进行调节

实现原理:

一个典型的商用示波器（以普通的双通道数字示波器为例），从电路角度主要有如下几个部分：

  • 最核心的部分 － 模／数转换（ADC）：这部分的功能负责将待测的模拟信号进行量化，转换成数字信号，在数字域进行处理。ADC主要的指标有三个
    • 转换速率 －
    • 分辨率 － 有由待测模拟信号的模拟带宽决定的转换速率、待测信号的测量精度要求决定的ADC的分辨率（ADC的位数）。
    • 模拟带宽 －
  • 模拟信号调理 － 能够测试几mV到几十V、带宽从DC到100MHz的交流或直流的模拟电压信号，因此需要模拟信号调理电路，以保证信号带宽的前提下，能够实现所需要的被测信号的动态范围
  • 数字信号处理
  • 微处理器
  • 电源 －

图1 双通道示波器的典型构成框图

图2 用小脚丫FPGA模块和串行ADC、串行LCD屏构成的简单示波器方框图

图3 用小脚丫FPGA做的简易示波器实物

主要代码构成:

掌握的技能:

  • 示波器的工作原理，尤其是各项技术指标的意义
  • 串行ADC的使用
  • SPI接口
  • FIFO的使用
  • 触发的工作原理 － 数字比较器
  • LCD显示波形
  • 频率及幅度的计算