Tóm Tắt Nội Dung Khóa Luận

Máy hiển thị sóng hay còn gọi là máy dao động số có nhớ (DSO) là một thiết bị không thể thiếu trong đo lường điều khiển. Cùng với sự phát triển của khoa khọc công nghệ mà ngày nay chúng ta có những máy hiện sóng có tính năng rất phong phú và kích thước cũng được giảm xuống đáng kể, bớt cồng kềnh và đặc biệt giá thành lại hạ xuống rất nhiều. Ngày nay công nghệ sản xuất FPGA rất phát triển nên khóa luận này em xin trình bày về cách thiết kế một máy dao động số có nhớ dựa trên công nghệ FPGA.

Khóa luận được chia làm hai phần: Phần lý thuyết em xin trình bày một cách tổng quan nhất về công nghệ FPGA, giới thiệu sơ qua về các bước thực hiện trong FPGA. Phần thứ hai em xin trình bày về các loại máy dao động số có nhớ, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy dao động tương tự và máy dao động số có nhớ. Cuối cùng là phần em trình bày về các bước thiết kế một máy dao động số trên FPGA và một số kết quá thu được.

Mục lục

CÁC TỪ VIẾT TẮT iv

Mở đầu 1

Chương 1 2

TỔNG QUAN VỀ FPGA 2

1.1 FPGA LÀ GÌ? 2

1.2. LỊCH SỬ RA ĐỜI FPGA 3

1.3. ỨNG DỤNG 3

1.4. CẤU TRÚC MỘT FPGA 4

1.4.1 Khối logic FPGA 4

1.4.2 Các phần tử tích hợp sẵn 5

1.4.3 Quy trình thiết kế FPGA tổng quát. 5

1.4.3.1 Mô tả ban đầu về thiết kế 6

1.4.3.2 Thực thi 8

1.4.3.3 Quá trình Nạp (download) và lập trình (program) 10

1.5 TỔNG QUAN VỀ VHDL 10

1.5.1 Giới thiệu về ngôn ngữ mô tả phần cứng VHDL 10

1.5.2 Cấu trúc một mô hình hệ thống mô tả bằng VHDL 12

1.5.2.1 Thực thế (entity) của mô hình 12

1.5.2.2 Kiến trúc của mô hình 13

TỔNG QUAN VỀ OSCILLOSCOP 14

2.1 DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ 14

2.2 PHÂN LOẠI OSCILLOSCOP 15

2.3 CẤU TRÚC CỦA OSCILLOSCOP ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ 16

2.3 CẤU TRÚC CỦA OSCILLOSCOP ĐIỆN TỬ SỐ 17

CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MỘT OSCILLOSCOP SỐ CÓ NHỚ 22

3.1 CÁC THÀNH PHẦN TRONG THIẾT KẾ 23

3.1.1.Bộ nhớ 23

3.1.2 Bộ biến đổi tương tự - số ADC 25

3.1.4 Điều khiển logic 28

3.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 32

3.2.1 Cấu hình để nạp vào FPGA 32

3.2.2 Chế độ tiền trigger 33

3.2.3 Dò điểm trigger 34

3.3.4 Bộ tạo xung 36

3.3.6 Giao diện logic cổng song song 37

3.3.7 Điều khiển ADC 38

Chương 4 39

CHƯƠNG TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG TRÊN KIT DE2 39

4.1 TỔNG QUAN VỀ KIT DE2 VÀ CHIP CYCLONE II 39

4.2 CHƯƠNG TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG 44

4.2.1. Chương trình chính điểu khiển DSO 44

4.2.2 Chương trình điểu khiển logic cổng song song 46

4.2.3 Chương trình điểu khiển FIFO 47

4.2.4 Chương trình tạo dạng xung chia theo tỉ lệ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 49

4.2.4 Chương trình dò điểm trigger 50

Kết luận 52

PHỤ LỤC 53

Tài liệu tham khảo 70

Mở đầu

Dao động kí (Oscilloscop) là một thiết bị đo lường điện tử phổ biến nhất hiện nay, không giống như các loại máy đo khác chỉ cho ta các thông số của tín hiệu, Oscilloscop còn cho phép ta quan sát tức thời dạng của tín hiệu. Nhiệm vụ chính của một Oscilloscop là hiển thị một cách thật chính xác, chi tiết dạng tín hiệu dưới dạng hàm số của điện áp và thời gian. Ngoài ra một nhiệm vụ không kém phần quan trọng khác của oscilloscop là so sánh các dạng sóng khác nhau và đo lường mối quan hệ về thời gian và pha giữa chúng.

Có thể nói quá trình phát triển của oscillscop gắn liền với quá trình phát triển của kĩ thuật điện tử. Mở đầu là oscilloscop tương tự, một vài thập niên gần đây là oscilloscop số, gần đây nhất là một số công ty đo lường hàng đầu thế giới vừa cho ra đời oscilloscop hỗn hợp giữa số và tương tự được tính hợp với các tính năng mạnh mẽ nhất thừa hưởng từ ngành công nghiệp máy tính.

Thế kỉ 21 là thế kỉ của thông tin và kĩ thuật số với sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của các bộ vi xử lý. Bằng việc đưa sức mạnh kĩ thuật số vào thực tiễn, các bộ vi xử lý ngày một thay đổi cách sống của xã hội loài người. Khóa điện tử, máy điện thoại, nồi cơm điện…..của chúng ta đang ngày một thông minh hơn, mạnh mẽ và nhanh nhờ các bộ vi xử lý. Tất cả các ngành công nghiệp lớn như: viễn thông, điều khiển công nghiệp, sản xuất hàng tiêu dùng… đều ý thức được và sử dụng triệt để công nghệ mới và họ cũng vấp phải những vần đề mới cần giải quyết đó là các vấn đề liên quan tới tín hiệu và điều khiển số và tương tự của thế giới thực. Oscilloscop với vai trò là một thiết bị giám sát, đo kiểm phải đáp ứng được các yêu cầu ngày càng khắt khe do các ngành công nghiệp này đắt ra.

Với mục đích là tìm hiểu và thiết kế một oscilloscop số, khóa luận này trình bày và phân tính cấu tạo, nguyên lí hoạt động của các loại oscilloscop, các tính năng tiến tiến của chúng, đặc biệt là cách thiết kế một oscilloscop kĩ thuật số có nhớ dùng chip FPGA làm trung tâm điều khiển.