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基于SOC结构的示波表控制平台设计

喻帆  
【摘要】:数字存储示波表具备数字示波器的大部分功能,同时还具备移动便携式设备的很多优势,例如轻便灵巧、界面操作简单等。控制平台作为示波表的核心部分,决定了示波表的整体设计架构,整机的工作速率和扩展接口类型。基于SOC结构的示波表控制平台可以帮助示波表有效地提升数据处理的效率,提供丰富的多种外部接口,在底层上提供主流的嵌入式系统,使得基于该平台设计的示波表硬件和程序更加易于开发并具有更加丰富的功能。本文详细研究了基于SOC结构的示波表控制平台的总体硬件设计和数字逻辑设计。主要围绕增加示波表的扩展接口和降低控制平台的功耗、延长使用时间,对控制平台的关键技术进行了讨论,重点包括以下几个方面:1、示波表扩展接口设计。丰富的扩展接口可以满足用户的多种需求。本文从所选SOC—ZYNQ-7000的结构角度分析,它将ARM和FPGA集成在一块芯片上,即PS+PL构架。针对这一架构,在PS(对应ARM)设计了多种常用接口如Ethernet、USB和UART等,还在PL(对应FPGA)预留了多个GPIO,用户可以根据本平台规定的协议进行配置或自定义这些GPIO的功能,从而满足日趋复杂的接口应用需求。2、SOC核心IP设计。为了实现示波表的基本功能,在数据采集部分,本文设计了高速数据接收和存储模块,包括ADC控制IP和数据处理存储IP;在显示部分,设计了显示模块的数据发送IP和控制时钟IP;为了降低控制平台的功耗,设计了电源管理IP控制各个耗电模块,实现了低功耗优化。3、电源和电池管理。示波表是一种便携手持式仪器,这种仪器的一个设计难度就在于电池设计和电源管理。本文在分析了各模块的用电需求后,选择了合适的电源芯片实现电压转换功能。随后根据锂电池的特性选择合适的充放电管理方案,设计了电源管理模块,实现了适配器电源供电和电池管理功能。


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