基于FPGA的B类LXI数字示波器的设计与仿真

作     者：张彦钦 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贺训军;王建民

授予年度：2014年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：LXI总线 数字示波器 FPGA IEEE1588 

摘      要：随着以太网在电子设备中的普及，基于以太网的仪器总线和自动测试系统也渐渐的成为一种趋势。鉴于上述趋势LXI联盟参考了VXI总线技术发布了一种新的总线技术（LXI总线）。由于LXI的第一个版本诞生于二十一世纪初，在众多的总线技术中属于年轻的一只，所以在相当一段时间内LXI设备和其它总线技术设备如GPIB、PXI、VXI等设备共同存在于市场上。但基于以太网的LXI总线不仅可以进行远距离大数据传输，并且不依赖于机箱、显示面板等昂贵部件以及良好的电磁特性和兼容性。因此，越来越多的测量设备厂商和科研单位进行LXI仪器的生产和开发。基于上述趋势本文设计研制了一种B类LXI数字示波器。 首先，采用Verilog语言实现了MAC控制器的设计，实现了以太网协议在媒体无关介质层和数据链路层的正常通信，通过Modelsim进行仿真验证，证明其时序和功能的正确性。在MAC层的基础上搭建了TCP/IP协议和UDP协议的SOPC架构，实现了以太网协议的TCP/IP协议和UDP协议功能，并通过上位机和开发板显示进行验证。 然后，进行了多端口SDRAM控制器设计，主要给出了多端口SDRAM控制器的状态机设计和详细的接口设计，并针对其通信频率较高的特点给出了时序约束，通过Modelsim仿真验证了其功能的可靠性。在完成以太网传输和存储设计后，给出了AD扫描电路合理的原理图设计、接口设计和时序功能分析，三者相结合可以保障AD电路稳定的运行，FPGA开发板的运行结果验证设计的正确性。 最后，通过良好的主从时钟算法和网络延迟算法确定延迟时间，采用在硬件电路加盖时间戳的方法设计出简便可行的状态机和Verilog代码;采用NI公司的Labwindows软件进行界面设计和IVI驱动设计，运行结果显示的正弦波图像验证了平台选用和设计的正确性。