示波器作为“电子工程师的眼睛”,是工程领域最常用的测量仪器之一。手持式示波器克服了传统数字示波器体积大、功耗高等缺点,在保留了传统数字示波器的基本功能的情形下,使示波器变得更加的小型、便携,尤其适合在户外以及对测量仪器的体积要求十分严格的环境中使用。然而如今市面上的手持示波器价格极其昂贵,进口品牌的手持示波器价格可达几万元。对于简单的测量,在功耗、体积以及成本上仍有很大的优化空间。针对以上问题,本文设计了一款基于FPGA和Nios Ⅱ的低功耗简易手持示波器,对市面上现有的手持示波器进行了功耗、体积和成本的优化,同时能够进行一般的测量。详细阐述了示波器的功能需求和技术指标,并依据功能需求和技术指标进行了示波器的总体方案设计和软硬件划分的方案设计。硬件设计基于FPGA和Qsys,硬件子模块包括采样模块、触发控制模块、波形存储模块、参数测量模块、波形显示模块、触摸控制模块,详细分析了各模块的功能并基于FPGA实现。同时在硬件设计中搭建了Qsys系统,作为一个硬件平台,来进行后续软件设计的实现。本文的研究重点为示波器的低功耗问题。首先对FPGA功耗进行分析,并据此对示波器进行低功耗设计,不仅仅使用单一的低功耗设计方法,而是将多种低功耗设计方法结合,其中效果最显著的低功耗设计方法是门控时钟技术。然而在使用门控时钟进行功耗优化的同时会带来时钟偏斜和亚稳态两种时序问题,从原理上分析了时钟偏斜和亚稳态的产生以及引入设计的原因,使用全局时钟树以及其他一系列方法将两种时序问题解决,并使用功耗仿真对功耗优化结果进行分析。示波器软件设计基于Nios Ⅱ进行示波器操作界面的绘制以及使用Nios Ⅱ控制各功能模块完成触摸功能处理。最后对设计进行功能测试,分为时序测试、整体测试和功耗测试。测试结果表明示波器未出现时序问题,且低功耗设计对功耗的优化效果显著,其余各项指标均满足要求,达到了预期目标。