嵌入式数字存储示波器

    其中ADC采用Philips公司的TDA8768芯片，其性能为：12位高速A/D，采样频率为70MHz，-3d B的带宽可以达到245MHz。“放大增益选择”和“采样频率选择”分别控制系统中的放大滤 波模块与ADC中的时钟输入端，以满足仪器的增益范围（100mV/div～5V/div）和时基范围（200 ns/div～50ms/div）的要求，以上两者均为1-2-5步进方式，采样频率与放大幅度通过触摸屏 设置。
    1.3系统接口设计
　　根据数字存储示波器的随机采样原理得知：示波器每次触发以后，A/D转换器完成一组采样 序列，并将其存入高速RAM中；稍后，由微处理器进行处理，显示在液晶屏幕上，这就是一 次数据获得过程。系统接口具体方案如图3所示。使用微处理器S3C44BOX的I/O端口来读取数 据并发出控制信号。其中“FIFO RAM”为*先出存储器，采用IDT公司的IDT72V02型号， zui高转换速率为15ns，1024×9bit存储空间。
　　系统利用S3C44BOX微处理器I/O端口中的F端口实现数据的输入输出，利用D端口和G端口来进 行控制。采集的信号经过A/D变换后首*入FIFO存储器，当从FIFO中每读出一个数据后需 要再向其发送一个读数脉冲信号，这样才能保证读出下一个单元内存储的数据，读数脉冲由 G端口的第四位PG4给出。数据从FIFO存储器中被读出后经过数字锁存器进入端口F的数据寄 存器PFDATA中，数字锁存信号由D端口的第四位PD4给出。当处理器读周期到来时，数据由端 口被读入内存。每当数据采满1K时，FIFO存储器会产生一个中断信号，该中断信号由D端口 的PD6输入给微处理器。
2系统软件结构
　　基于嵌入式数字存储示波器系统软件主要分为数据采集和存储模块、波形显示和刷新模块以 及触摸屏控制模块3个部分。系统软件由uCLinux下的C语言编程实现。
    2.1数据采集和存储模块
　　数据采集存储模块的流程如图4所示。

　  CPU首先向A/D数据采集系统发送所要求的频率和幅值信号，然后发出复位信号采集系统开始采集数据。采集到的数据经过FIFO存储器，由F口读入内存并存入指 定 数据缓冲区之中。在存储过程中，采用了双缓冲区机制，数据按1K大小分块，相邻的两块数 据交替存放在内存的不同的区域中，在每读入1K个数据之后，内存中都存有连续的2K个采样 数据，这样有助于以后对数据的处理和显示。
2.2波形显示和刷新模块
　　系统使用一块大小为240×320像素的256彩色液晶显示屏，其平面尺寸为93mm×75mm（长 ×宽）。微处理器S3C44BOX为LCD的控制提供了良好的支持，其实现主要通过微处理器中的LC D控制器来完成。波形的显示主要通过将数字量转换成液晶显示屏上点的坐标来实现，存放 在内存中的数据经过坐标变换就可以在LCD上进行显示。因为LCD的坐标系与显示波形 时所用的坐标系y轴方向相反，且需要将波形显示在屏幕的特定区域内，所以在显示之前要 对数据进行归一化处理。从端口读入数据的范围为0～0xff，0点对应于LCD上y轴坐标的190 ，0xff对应于LCD上y轴坐标的50，则0x7f对应于LCD上坐标为120的点，即屏幕显示的零点， 相应的转化公式为：Y=120-（data-0x7f）×0x7f，其中：data为从端口读 入的数据；Y是data在LCD上显示的y坐标。LCD一屏可以显示300个数据点 ，点与点之间用矢量法直线相连。
2.3触摸屏控制模块
　　触摸屏是附着在LCD表面的一层透明薄膜，它将压力转换成模拟电信号，再经过模 数转换送给系统。本系统触摸屏使用FM7843芯片控制。FM7843是4线电阻触摸屏转换接口芯 片。它是一款具有同步串行接口的12位取样模数转换器。在125kHz吞吐速率和2.7V电 压下的功耗为750μW，而在关闭模式下的功耗仅为0.5μW。图5为触摸屏工作流程示 意图。触摸屏通过中断方式完成其功能，从执行流程上来说，首先在Touch Panelinit（） 中完成两件事：注册驱动程序和注册中断。对于触摸屏设备，主设备号为58，设备名为“FM 7843”，驱动程序子函数集为Touch Panelfops。Touch Panelfops中了read，sele ct，open，ease四个操作子函数的地址，依次为：Read Touch Panel，Touch Panel Sel ect，Open Touch Panel和Close TouchPanel。当用户进程调用open（）打开/dev/FM7843时 ，内核调用Open Touch Panel（）；用户进程调用read（）读该设备时，内核调用Read Touch P anel（）。requestirq（）注册中断处理，中断为TOUCHPANELIRQNUM，中断处理程序为To uch Panel Interrupt（），说明为“TouchPanel”。当触摸屏被触摸有数据来到时，中断 被触发，调用中断处理程序，准备处理数据。
　　该系统中触摸屏主要用于获取用户的控制信息， 在LCD的上方显示有若干个触摸屏按钮，例 如其中有幅值增加、幅值减小、频率增加和频率减小等。幅值和频率的选定值存放在内 存单元中，当检测到触摸点的坐标在相应区域中后，系统就会根据程序预先设定来设定采样 频率和幅值，这些在前、后台任务之间进行同步和通信。任务之间的通信是通过共享的 物理内存单元来实现的，不同任务之间对共享内存单元的访问是互斥的。uCLinux的设计针 对没有MMU（内存管理单元模块）的处理器，不能使用虚拟内存管理技术。uCLinux系统对于内 存的访问是直接的，所有程序中访问的地址都是实际的物理地址，操作系统对内存空间没有 保护。当触摸屏检测到有改变幅值或频率的信号发生时，就去修改单元中存储的数据， 这样的内存单元对于两个任务来说属于临界资源，在触摸屏修改内存期间需要禁止其他程序 对该内存进行任何操作。同样，采集程序每次在发送幅值和频率信号之前要对该内存单元进 行读操作，若在此时有触摸屏信号对内存提出写操作要求，程序就应该进行等待，直到采集 部分的读操作执行完毕，释放内存的访问权。