CN101975879A

CN101975879A - 一种基于dsp的低电压低功耗袖珍式示波器

Info

Publication number: CN101975879A
Application number: CN 201010297481
Authority: CN
Inventors: 张荣标; 杨爽; 金正俊; 张业成
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2011-02-16

Abstract

本发明公开一种基于DSP的低电压低功耗袖珍式示波器，示波器主体连接以液晶屏显示的可旋转手机显示屏，可旋转手机显示屏的四周固定连接显示屏外壳内框，可旋转手机显示屏的背部设有一连接于显示屏外壳旋转的外轴，外轴套于内轴外部，内轴固定连接示波器主体，软电缆线一端连接可旋转手机显示屏电路，另一端穿过内轴后连接示波器主体内的驱动电路；示波器主体内部设有信号处理模块、可控电源管理模块和DSP处理模块。可旋转式显示屏方便在各个视角观察显示结果，减少示波器的角度移动以及减少移动带来的误差。驱动电路的供电电压小于3.3V，可以减小示波器电路的大小，符合体积袖珍式的要求。

Description

一种基于DSP的低电压低功耗袖珍式示波器

技术领域

本发明涉及一种示波器，尤其涉及一种基于DSP(数字信号处理)技术的低电压低功耗袖珍式示波器。

背景技术

电子技术已逐渐渗透到科技与生活的各个领域，低电压低功耗的电路设计是电子产品的发展趋势。示波器是一种常用的电子测量仪器，将交变电信号转换成图像显示在屏幕上，其体积较大，一般为32cm×15cm×12cm，供电电压较高，一般为220V，这种示波器的缺陷是：1、现场使用时携带不方便，特别是当示波器用于测量野外信号时，示波器的携带难度增加。2、对电源电压的要求较高，相应增加了现场测试的成本。3、示波器的显示屏幕为固定不动的结构，对于不同视角的观察者来说很不方便。因此，目前常用的示波器已不能满足各种环境、测试人员的需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种携带方便、低电压，低功耗且屏幕可旋转的袖珍式示波器。

本发明通过以下技术方案实现：包括示波器主体，示波器主体连接以液晶屏显示的可旋转手机显示屏，可旋转手机显示屏的四周固定连接显示屏外壳内框，可旋转手机显示屏的背部设有一连接于显示屏外壳旋转的外轴，外轴套于内轴外部，内轴固定连接示波器主体，软电缆线一端连接可旋转手机显示屏电路，另一端穿过内轴后连接示波器主体内的驱动电路；示波器主体内部设有信号处理模块、可控电源管理模块和DSP处理模块，信号处理模块输出连接DSP处理模块，DSP处理模块的输出分别连接可控电源管理模块和可旋转手机显示屏。

本发明的技术效果是：示波器的显示屏使用了手机显示屏，是可旋转式显示屏，方便在各个视角观察显示结果，减少示波器的角度移动以及减少移动带来的误差。驱动电路的供电电压小于3.3V，可以减小示波器电路的大小，符合体积袖珍式的要求，使用时利用一块锂电池就可维持本发明的正常工作。本发明可进入休眠状态，长时间不操作会掉电运行，当禁止稳压器时会有极低的能耗。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明外形结构示意图；

图2为图1内部结构拆分示意图；

图3为图1中可旋转手机显示屏4的电路结构连接图；

图4为本发明休眠状态的工作流程图；

图中：1.信号处理模块；2.DSP处理模块；3.可控电源管理模块；4.可旋转手机显示屏；5.示波器主体；6.显示屏外壳；7.外轴；8.软电缆线；9.内轴；10.凸起；11、12.限制凸起。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括示波器主体5和可旋转手机显示屏4，示波器主体5连接可旋转手机显示屏4，可旋转手机显示屏4可以180度旋转，可旋转手机显示屏4的四周固定在显示屏外壳6内框上，可旋转手机显示屏4采用液晶屏显示，这种结构可以方便测试现场人员对示波器上的波形和测量数据的观察，在测试波形时无需将示波器不停地移动。

如图2所示，在可旋转手机显示屏4的背部设有一个用于旋转的外轴7，外轴7固定连接在显示屏外壳6上，外轴7套装在内轴9的外部，内轴9固定连接于示波器主体5的相应部位。软电缆线8一端连接可旋转手机显示屏4中的电路，另一端穿过内轴9中的孔后连接示波器主体5中的驱动电路。当显示屏外壳6旋转时，带动可旋转手机显示屏4的转动，软电缆线8随着显示屏外壳6的旋转角度折叠或展开。

在外轴7的内圈上设有一个旋转限制凸起10，而且在内轴9的外圈上设有另外两个旋转限制凸起11和12，这两个旋转限制凸起11和12结构相同且对称地分布在内轴9的外圈上，相互呈180度。当外轴7套于内轴9上时，旋转限制凸起10和另两个旋转限制凸起11、12用来限制显示屏外壳6的旋转角度。

如图3所示，在示波器主体5内部安装信号处理模块1、可控电源管理模块3和DSP处理模块2，信号处理模块1的输出连接DSP处理模块2，DSP处理模块2的输出分别连接可控电源管理模块3和可旋转手机显示屏4。本发明输入的信号进入信号处理模块1进行相应的变换后输入至DSP处理模块2，在经过数据处理后在可旋转手机显示屏4上显示重组后的波形。连接至DSP处理模块2上的可控电源管理电路3可以实现对示波器的供电电源的管理。具体实施时，将可控电源管理模块3集成在一块电路板上作为示波器的主板，DSP处理模块2单独制成一块核心板，主板上引出能够与核心板相连接的接口，从而将核心板直接通过插针式的接口连接在一起，同时将集成的电路板用螺丝固定在示波器主体5的内部，核心板上具有可旋转手机显示屏4的驱动电路，驱动电路通过软电缆线8连接到可旋转手机显示屏4上，实现本发明各个模块的连接。

信号处理模块1包括选择性衰减电路、程控放大电路、AD转换电路、FIFO缓存、CPLD，输入的被测信号先通过一个电阻分压来实现对输入模拟量信号的衰减以达到满足示波器的输入要求。模拟输入量范围拟定在+50V～+1mV和-50V和-1mV之间，输入的模拟量信号的高电压在50V～2V和-50V～-2V时，将外部模拟量输入衰减成±2V以内的衰减模拟量。当外部模拟输入量的范围本身在±2V以内时，模拟信号直接输入，经过单刀双掷开关耦合。耦合后的模拟信号输入运算放大器OPA4354，该运算放大器工作电压仅为2.5V，符合本发明的低电压的要求，且该运算放大器的内部集成了四个单运放，放大效果良好。该放大电路设计为程控放大电路，采用多路模拟选择器4051的选通通路选择合适的反馈电阻从而达到程控放大的目的，最大可放大1024倍。信号经过衰减、耦合、放大处理后进行AD转换，AD选用TLV5535是8位AD转换器，采样速率最高35MHz，供电电压典型值为3.3V，参考电压可由转换芯片内部提供，并行输出口。转换后的数据经过FIFO缓存来防止在进机和存储操作时丢失数据，实现对DSP和AD、FIFO的时序的匹配。FIFO芯片采用AL422B是一款3M位FIFO，393，216 words x 8bit。大容量的数据缓存，可进行深度存储。并行接口，工作于异步模式，可3.3V供电，读写时间为20ns～1000ns。TLV5535与FIFO芯片AL422B共用一个有源晶振来提供时钟，以确保时钟同步。FIFO的相关操作均由CPLD扩展完成，通过FIFO输出寄存器同步锁存FIFO存储器中的值，DSP配置PWM引脚出一定频率的方波输入CPLD的FIFO读时序同步锁存时钟管脚。其中DSP写各种不同的数据到某一地址完成FIFO写使能、FIFO写禁止、FIFO写复位开始、FIFO写复位完成、FIFO读复位开始、FIFO读复位结束这些操作。FIFO读某一地址中的值便可读出FIFO中的数据。读某一地址的数据，FIFO的RE、OE拉高，成高阻态，实现读禁止操作。使能与禁止操作应该成对完成，以确保时序完整。CPLD选用ALTERA公司的EPM7128AEL，该芯片的供电电压为3.3V，且拥有2500个门电路，完全能够满足示波器的设计需求。DSP对CPLD写入各种不同的控制信息来实现对外围的芯片的功能选择和对产生的信号的处理。AD与FIFO的写操作时钟由CPLD输出，CPLD通过DSP的控制信号决定要输出的频率，该输出频率有两种模式，一、不分频模式，二、分频模式，不分频时CPLD直接输出35MHZ的有源晶振，分频模式下由CPLD构造的分频器对35MHZ有源晶振时钟分频得到，且分频数可选。在每次配置CPLD分频寄存器时都应该将复位管脚拉高一段时间再拉低，复位分频计数器中的值，再进行新的分频计数。分频是为了实现对调频按键的功能的实现。

DSP处理模块2的芯片采用TMS320F2812，该芯片的供电电压在3.3V以内，TMS320F2812输出各个不同的控制信号通过CPLD对AD、FIFO、多路模拟选择器的控制。键盘阵列产生的中断信号触发TMS320F2812对键盘的辨识，并实现相应的按键的功能。TMS320F2812从CPLD中读取FIFO中的数据，然后在TMS320F2812中进行FFT计算，显示点计算等相应的处理操作后经过显示在旋转手机显示屏4上达到显示的目的。而且DSP在数据处理方面具有很大的优势，尤其是在FFT数据处理方面。对于该示波器的设计而言，DSP的功能已经足够满足设计需求，且DSP的设计成本比ARM等高端芯片低。DSP配置PWM引脚出方波输入CPLD的某一管脚作为键盘硬件扫描时钟，即每隔一段时间硬件扫描一次键盘。当硬件扫描开始时，将外部键盘状态读入CPLD的键盘寄存器中，同时CPLD对键盘按键作与操作，只要有一个键盘被按下，键盘与寄存器拉低，对应键盘与输出管脚拉低给DSP的外部中断接口提供下降沿触发。可根据实际情况调整硬件扫描间隔，以适应具体要求。当DSP产生外部中断时，应该尽快在中断函数中读取出CPLD键盘寄存器中的值。每一次读操作都应该相对应一个读禁止操作，确保时序完整，这样就实现了键盘去抖动功能。

可控电源管理模块3包括锂电池充电电路、示波器电源转换电路，在使用外部电源供电时可以通过充电芯片BQ24202对内部的锂电池进行充电。TMS320F2812通过内部的AD来对锂电池的电压进行实时采集，随着锂电池的电量的变化TMS320F2812对充电电路进行管理。充电电路可以对供电电源进行切换，当有外接电源时使用外接电源供电，否则就使用自带的锂电池进行供电，两者之间的切换是利用二极管的单向导电性来设计实现的。

如图4所示，在程序中初始化一个标志位，然后定时一段时间T，定时的时间可以根据实际的情况而改变，在定时开始至定时时间到达的一段时间内DSP可以处理其它的任务。当键盘上有键按下，产生的中断使程序进入键盘操作的中断服务程序，同时改变标志位的值。当定时的时间到时，判断标志位的值是否发生改变，若发生改变则表示在定时的时间段内有键按下，说明测试人员对示波器有操作，如果标志位没有发生改变则表示在定时时间段内测试人员没有对示波器进行操作，这时DSP就会通过相应的引脚禁止稳压芯片，从而使得示波器进入休眠状态，降低了示波器的功耗，降低了示波器的能耗。

Claims

1.一种基于DSP的低电压低功耗袖珍式示波器，包括示波器主体(5)，其特征是：示波器主体(5)连接以液晶屏显示的可旋转手机显示屏(4)，可旋转手机显示屏(4)的四周固定连接显示屏外壳(6)内框，可旋转手机显示屏(4)的背部设有一连接于显示屏外壳(6)旋转的外轴(7)，外轴(7)套于内轴(9)外部，内轴(9)固定连接示波器主体(5)，软电缆线(8)一端连接可旋转手机显示屏(4)电路，另一端穿过内轴(9)后连接示波器主体(5)内的驱动电路；示波器主体(5)内部设有信号处理模块(1)、可控电源管理模块(3)和DSP处理模块(2)，信号处理模块(1)输出连接DSP处理模块(2)，DSP处理模块(2)的输出分别连接可控电源管理模块(3)和可旋转手机显示屏(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP的低电压低功耗袖珍式示波器，其特征是：所述外轴(7)的内圈上设有一个旋转限制凸起(10)，内轴(9)的外圈上设有另外两个旋转限制凸起(11、12)，两个旋转限制凸起(11、12)结构相同且对称分布。