基于basys3的可频谱分析的示波器 - 图文

全国大学生电子设计竞赛-2015年江苏省FPGA应用系统设计邀请赛报名表

参赛学校 邮政地址 参赛队员 指导教师 作品名称 作品简介 本次作品基于basys3开发板，实现可远程示波频谱分析仪。由外部信号源提供被测量信号，通过FPGA将采集到的波形进行显示并进行频谱分析，同时将数据通过无线模块传输到远程开发板上。远程开发板实现远程显示并将测量到的数据通过蓝牙传至手机，实现远程示波频谱分析。 可远程示波频谱分析仪 方向 测量控制系统 信号源手机Basys3开发板无线模块Basys3开发板显示器显示器 图1. 可远程示波频谱分析仪基本模块 一． 功能简介

示波器基于basys3实验开发板，最大可实现32MSPS的数据显示，2048位傅里叶变换，得到的数据和采集到的波形显示在显示器，通过basys3上面的开关，按钮控制显示分度值，和坐标上下移动。

通过外置无线模块进行数据传输导另一块开发板上，可以传输频率，幅值等数据，实现远程操控，远程控制，远程测量，并且还有一个蓝牙模块，可以将数据传输至手机APP，可以查看相应的数据，是一个具有实际应用功能的应用，若是后期搭配其他零部件可以实现远程实验室，在线医疗，联网检测等设备的应用。

二． 系统框图

外部信号发生器内部DDS蓝牙数据传输模块AD数据采样（可切换数据输入路径）波形数据存储RAM中央控制模块VGA显示模块XILINX FTT IPCore附加数据处理FFT输出数据存储RAM图 1

系统框图如图1所示，首先我们采用AD模块将模拟信号数字化，当外部信号发生器无法正常工作室，我们可以切换导内部DDS进行信号的产生，然后将采样到或者发生的8位宽的数据分别送到波形存储RAM和傅里叶变换的FIFO里面，傅里叶变换模块计算后的数据存储到FFT数据存储区域，通过显示控制模块来进行显示。同时中央控制模块通过蓝牙将一些波形数据发送老手机上，可以实时检测。

三． 模块介绍

a) AD采样模块

我们使用的是黑金科技的告诉ADDA数据采集板，高速 AD 芯片是由 AD 公司推出的 8 位，最大采样率 32MSPS 的AD9280 芯片。内部结构图如图3所示。接口的输入范围是-5V~+5V(10Vpp)。衰减以后，输入范围满足 AD 芯片的输入范围（0~2V）。可以通过图2所示的公式来计算测量出来的值，以便将电压数据还原回去。就可以得到测量的电压值

图 2

图 3

b) Xilinx FFT核及相关数据处理模块

实部平方FIFO核FFT核虚部平方开方求模

图 4

快速傅里叶变换计算流程图如图4所示

根据数字信号处理与实现的学习，我们知道有限长离散信号X（n）的DFT可以定义为：

图 5

FFT数据输出后我们可以获得数据的实部和虚部，然后用两个乘法IP和一个开方IP完成求模的工作。

i.FIFO模块

FIFO模块通过调用FIFO Generator，如图4所示，实现数据缓冲作用，由于FFT进行计算是需要时间的，但是外部的数据数据是一直进来，所以我们需要建立一个FIFO达到数据缓冲的作用，防止处理的时间过长，造成出具的丢失，从而对输出的波形产生影响。FIFO使用Block RAM进行建立，这样占用板子资源比较小，为别的模块处理数据提供了方便。

FIFO模块一共有9个IO口，没有地址引脚，并提供了FIFI满，FIFI空信号的输出，可以为FFT控制FIFO的读写提供了便利，这样就可以精确的控制数据的流量，从而得出正确的数值。

图 6

ii.XFFT模块

快速傅里叶变换（Fast Fourier transform）IPCore采用xilinx公司9.0版本的IPCore，最大可实现65536深度的傅里叶运算，我们这次采用的是2048位的傅里叶变换，效果好，占用资源也比较少，模块如图7所示。

图 7

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