基于SOPC系统的虚拟示波器设计

　　模拟示波器由于无法高效地观察实验结果、数据处理功能弱等缺点，已逐渐被数字示波器所取代，但数字示波器价格昂贵。虚拟仪器是在通用计算机平台上，用户利用软件根据自已的需求定义设计仪器的测量功能，其可以大大拓展传统仪器的功能，降低仪器成本，并可通过软件实现数据的复杂分析、运算和海量存储等功能。LabWindows/CVI是1种常用的虚拟仪器设计软件，为用户提供了功能强大的虚拟仪器系统开发平台。为此，本文以LabWindows/CVI为开发平台，利用FPGA中嵌入的NiosⅡ软核构成的SOPC系统，设计一种双通道虚拟示波器，以达到一般传统示波器的性能指标。

　　1 虚拟示波器硬件电路设计

　　1.1 虚拟示波器数据采集通道电路设计

　　为减少虚拟示波器对被测电路的影响，要求虚拟示波器数据采集通道的输入阻抗在1MΩ以上，因此必须设计合适的衰减器和可控增益的放大器。虚拟示波器数据采集通道的原理方框图如图1所示。图1中，虚拟示波器的2个通道完全对称，且相互独立。从探头进来的信号经过衰减网络，获得合适的信号强度，进行AD/DC切换开关后，送到可控增益放大器，将不同幅度的信号放大为幅度大致相同的信号，经高速A/D转换获得两路独立的数字信号，同时触发电路完成触发功能，使波形能够平稳地显示。

　　1.1.1 衰减与AD/DC转换电路

　　图2为虚拟示波器的衰减与AD/DC转换电路图。

　　图2中，R1、R2、R3、C1 和R4、C2组成1：10的分压网络，通过CPU控制三极管Q1、Q2 和继电器K1、K2 分别控制进行1/10的衰减与AD/DC切换控制。

　　1.1.2 可控增益放大器

　　虚拟示波器需设计宽范围可调节的增益放大电路器，以实现10mV～±200V范围内的输入电压采样。本系统采用模拟多路器切换运放的反馈电阻，以达到改变增益的目的，其电路图如图3所示。

　　图3中，U1内部包含两通道JFET高输入阻抗的运放，前级为跟随器，以满足示波器的高输入阻抗要求，第2级为可控增益放大器，由模拟多路器和运放共同构成。