CN102621366A

CN102621366A - 一种示波器

Info

Publication number: CN102621366A
Application number: CN2012100856075A
Authority: CN
Inventors: 王刚
Original assignee: Shenzhen Skyworth Digital Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Skyworth Digital Technology Co Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: CN102621366B

Abstract

本发明实施例公开了一种示波器，包括：用于采集被测信号，将被测信号转换成数字信号信息的采集模块，用于将被测信号转换成方波信号的整形电路，与采集模块和整形电路连接的，用于将根据方波信号计算出的被测信号的频率信息、根据预先设置的显示方式将数据信号信息转换成的二维坐标值和被测信号的电压信息发送至计算机的主控模块，与主控模块连接的，用于显示并存储二维坐标值的波形、被测信号的频率信息和电压信息的计算机，以及与采集模块和主控模块连接的，用于将外部电源信号转换成采集模块和主控模块所需要的电源信号，并提供给采集模块和主控模块的电源模块。该示波器的体积小，易携带，且易实现波形显示和存储。

Description

一种示波器

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及一种示波器。

背景技术

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，人们可以利用示波器观察各种不同信号变化的波形，还可以利用示波器测量电信号的不同参数，如电压、电流、频率、相位和幅度等参数，广泛用于电子产品的研发与维修。目前比较先进的示波器为数字示波器，不仅能测量周期信号，还能测量非周期信号，并有存储波形的功能。但该数字示波器中有复杂的铵钮和显示屏，导致该示波器的笨重不易携带。

发明内容

本发明实施例提供了一种示波器，体积小，易携带。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供的一种示波器，包括：

放大模块，用于获取被测信号，并对获取的被测信号进行放大，将放大后的被测信号传输至采集模块和整形电路；

与所述放大模块连接的采集模块，用于采集所述放大模块放大后的被测信号，将被测信号转换成数字信号信息，所述数字信号信息包含被测信号的电压信息；

与所述放大模块接连的整形电路，用于将所述放大模块放大后的被测信号转换成方波信号；

与所述整形电路连接的主控器，用于获取所述整形电路转换后的方波信号，并根据所述方波信号计算出被测信号的频率信息，将计算后的被测信号的频率信息发送至数据处理模块；

与所述采集模块和主控器连接的数据处理模块，用于获取所述采集模块转换后的数字信号信息和所述主控器发送的被测信号的频率信息以及串口电路发送的包含显示方式的信息，根据所述显示方式将所述数据信号信息转换成二维坐标值，并将被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息发送至串口电路；

与所述数据处理模块连接的串口电路，用于接收计算机发送的包含显示方式的信息，并将所述包含显示方式的信息发送至所述数据处理模块，以及将所述数据处理模块发送的被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息转发至计算机，以使计算机显示并存储所述二维坐标值的波形、被测信号的频率信息和被测信号的电压信息；

以及与所述放大模块、所述采集模块、所述整形电路、所述主控器、所述数据处理模块和所述串口电路连接的电源模块，用于向所述放大模块、所述采集模块、所述整形电路、所述主控器、所述数据处理模块和所述串口电路提供电源。

本发明提供的示波器包括：放大模块、采集模块、整形电路、主控器、数据处理模块、串口电路和电源模块，该示波器的体积小，易携带。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种示波器的结构示意图；

图2是本发明一种示波器的串口电路的结构示意图；

图3是本发明一种示波器的计算机显示界面；

图4是本发明一种示波器的另一实施例的结构示意图；

图5 是本发明一种示波器的衰减电路的结构示意图；

图6是本发明一种示波器的放大电路的结构示意图；

图7是本发明一种示波器的直流偏置电路的结构示意图；

图8是本发明一种示波器的放大倍数控制器的结构示意图；

图9是本发明一种示波器的行列式键盘的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明一种示波器的结构示意图，如图1所示，包括：

放大模块11，用于获取被测信号，并对获取的被测信号进行放大，将放大后的被测信号传输至采集模块12和整形电路13。

与放大模块11连接的采集模块12，用于采集放大模块11放大后的被测信号，将被测信号转换成数字信号信息，所述数字信号信息包含被测信号的电压信息。

与放大模块11接连的整形电路13，用于将放大模块11放大后的被测信号转换成方波信号。

与整形电路13连接的主控器14，用于获取整形电路13转换后的方波信号，并根据所述方波信号计算出被测信号的频率信息，将计算后的被测信号的频率信息发送至数据处理模块15。

与采集模块12和主控器14连接的数据处理模块15，用于获取采集模块12转换后的数字信号信息和主控器14发送的被测信号的频率信息以及串口电路16发送的包含显示方式的信息，根据所述显示方式将所述数据信号信息转换成二维坐标值，并将被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息发送至串口电路16。具体的显示方式可以包括：二维坐标轴中的纵坐标每格表示的电压值、二维坐标轴中的横坐标每格表示的时间值、触发方式、触发电平、信号耦合方式和波形显示的起始坐标。

与数据处理模块15连接的串口电路16，用于接收计算机发送的包含显示方式的信息，并将所述包含显示方式的信息发送至数据处理模块15，以及将数据处理模块15发送的被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息转发至计算机，以使计算机显示并存储所述二维坐标值的波形、被测信号的频率信息和被测信号的电压信息；

以及与放大模块11、采集模块12、整形电路13、主控器14、数据处理模块15和串口电路16连接的电源模块17，用于向放大模块11、采集模块12、整形电路13、主控器14、数据处理模块15和串口电路16提供电源。

需要说明的是，串口电路16还用于将数据处理模块15处理后包含被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息的信号进行电平转换，并将转换后的包含被测信号的频率信息、转换后的二维坐标值和被测信号的电压信息的信号传输至计算机。上述主控器14和数据处理模块15可以集成于一个主控芯片内，如集成在现场可编程门阵列（FPGA，Field－Programmable Gate Array）芯片。若上述主控器14和数据处理模块15集成于FPGA芯片内，由于FPGA的IO口的工作电平为3.3V的电平，计算机串口工作电压为+12V、-12V，这两者之间的通信就需要进行电平转换，串口电路16就将FPGA芯片的IO口输出的包含被测信号的频率信息、转换后的二维坐标值和被测信号的电压信息的信号的电平进行电平转换成能与计算机的串口完成通信的电平，以使FPGA芯片与计算机完成数据通信。同时，串口电路16还会对计算机传输的包含显示方式的信息进行电平转换，将转换电平后的包含显示方式的信息传输至FPGA芯片内的数据处理模块15。具体的，串口电路16如图2所示，MAX232芯片是TTL电平和RS232电平转换电路，TDX和RDX接FPGA管脚，工作电压为0到3.3V。MAX232芯片的13和14脚接DB9串口接口与计算机用标准串口线相连。这样可以实现FPGA芯片内的数据处理模块15与计算机之间的全双工通信，且通信电路简单。

需要说明的是，计算机设置显示方式的流程如下：

初始化设置；

获取显示界面上的按钮生成的包含显示方式的信息；

将所述包含显示方式的信息发送至串口电路16。

计算机的显示界面如图3所示，左边为显示界面，主要显示波形，频率，峰峰值等信息。上述获取显示界面上的按钮生成的包含显示方式的信息，具体为用户通过操作计算机的显示界面右边的操作按钮和旋钮实现二维坐标轴中的纵坐标每格表示的电压值、二维坐标轴中的横坐标每格表示的时间值、触发方式、触发电平、信号耦合方式和波形显示的起始坐标的设置，形成包含显示方式的信息。

计算机的显示存储流程可以如下：

初始化设置；

读取二维坐标值、被测信号的频率信息和被测信号的电压信息；

根据二维坐标值生成波形，显示并存储生成的波形、被测信号的频率信息和被测信号的电压信息。

本实施例，示波器包括：放大模块、采集模块、整形电路、主控器、数据处理模块、串口电路和电源模块，该示波器的体积小，易携带。

图4是本发明一种示波器的另一实施例的结构示意图，如图4所示包括：

放大模块201，用于获取被测信号，并对获取的被测信号进行放大，将放大后的被测信号传输至采集模块202和整形电路204。

与放大模块201连接的采集模块202，用于采集放大模块202放大后的被测信号，将被测信号转换成数字信号信息，所述数字信号信息包含被测信号的电压信息；采集模块202采用高速模拟/数字转换器（ADC，Analog-to-Digital Converter）实现，采集频率可以设置为该示波器最大可测量频率的10。

与连接采集模块202的存储模块203，用于对所述采集模块采集的数字信号信息进行先入先出存储。

与放大模块201接连的整形电路204，用于将放大模块204放大后的被测信号转换成方波信号。

与整形电路204连接的主控器205，用于获取整形电路204转换后的方波信号，并根据所述方波信号计算出被测信号的频率信息，将计算后的被测信号的频率信息发送至数据处理模块206。

与采集模块202和主控器205连接的数据处理模块206，用于获取采集模块202转换后的数字信号信息和主控器205发送的被测信号的频率信息以及串口电路207发送的包含显示方式的信息，根据所述显示方式将所述数据信号信息转换成二维坐标值，并将被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息发送至串口电路207。

与数据处理模块206连接的串口电路207，用于接收计算机发送的包含显示方式的信息，并将所述包含显示方式的信息发送至数据处理模块206，以及将数据处理模块206发送的被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息转发至计算机，以使计算机显示并存储所述二维坐标值的波形、被测信号的频率信息和被测信号的电压信息；

以及与放大模块201、采集模块202、整形电路204、主控器205、数据处理模块206和串口电路207连接的电源模块208，用于向放大模块201、采集模块202、整形电路204、主控器205、数据处理模块206和串口电路207提供电源。

需要说明的是，该示波器还可以包括：与放大模块201和主控器205连接的放大倍数控制器209，用于根据主控器205输出的信号控制所述放大模块的放大倍数。如放大倍数控制器209与主控器205连接的接口所输出信号不同，放大模块201放大的倍数也就不同。这样可以实现放大模块201将被测信号放大为适合采集模块202采集的被测信号，以及适合整形电路204的波形转换。有利于采集模块21对被测信号的采集，以及有利于整形电路204的波形转换处理，使该示波器的灵敏度和精确度更高。

需要说明的是，放大模块201可以为程控衰减放大器，该衰减放大器是从直流信号到MHz的宽带放大器，宽带设计为该示波器有效测量宽带。其衰减电路具体如图5所示，其放大电路如图6所示。图5所示的衰减电路，主要是信号的偶合方式选择和信号的衰减电路。K1开关控制信号偶合方式，K1打在DC上，信号直流偶合，K1打在AC上，信号为交流耦合。K2为示波器信号衰减档位。该电路的Signal1，也就是该电路的输出端口，连接于下级放大电路的输入端口。电阻R2，R18，R19组成的衰减网络对信号进行衰减，K2打在不同的档位，对信号不同程度的衰减。C2、C3和C5起频率补偿作用。图6所示的放大电路，通过K3、K4、K5不同的组合，实现不同的放大倍数。电路中AR1为射极跟随器，消除前级电路输出阻抗对本级电路放大倍数的影响，AR2和AR3作放大用。此放大电路是反相放大器，该电路的Singal1，也就是该电路的输入端口，与图5所示的衰减电路中的输出端口连接。为了使采集模块202在对被测信号进行更好和更精确的采集，可以在放大电路后再接一个直流偏置电路。该直流偏置电路具体可以如图7所示，该电路的信号输入端口与图6所示的电路的Signal2连接，其中，运放AR5是一个加法器，信号从反向输入端输入，由于上一级电路使用了反相放大器，为了最终输出和真实信号同相，该加法器也使用的反相放大电路接法。运放AR4和电位器R17一起提供一个负直流信号，电路的输出结果为负。这样被测信号经过图6所示的放大电路和图7所示直流偏置处理后输出的信号为正电压的被测信号，使采集模块202在对被测信号进行更好和更精确的采集。

放大倍数控制器209的电路具体可以如图8所示， K1、K2、K3、K4、K5和上述图5和图6中的K1、K2、K3、K4、K5是5个单刀双掷开关继电器，图5、6中的K1、K2、K3、K4、K5是继电器的开关部分，图8中的K1、K2、K3、K4、K5是继电器的控制部分。Q1、 Q2 、Q3、Q4、Q5为NPN三极管驱动继电器，分别受与主控器205连接的IO口所输出的高低电平控制。

需要说明的是，该示波器还可以包括：与采集模块202连接的采集控制器210，用于控制采集模块202采集被测信号的采集频率，这样可以实现采集模块以不同频率对不同被测信号进行采集。该采集控制器210以软件算法的方式对采集模块201采集被测信号的采集频率进行控制。

需要说明的是，上述存储模块203可以采用先入先出（FIFO，First In First Out）存储器，这样该示波器还可以包括：与存储模块203连接的存储控制器211，用于控制存储模块203存储的数字信号信息的输出，如FIFO控制器。这里所说的存储控制器211控制的方式可以是当存储模块存满后，控制存储模块输出存储的数字信号信息，还可以是当存储模块存储的数字信号信息的数据量达到预置数据量时，控制存储模块输出存储的数字信号信息。存储模块输出后的数字信号信息被数据处理模块206读取。使该存储模块可以对采集模块201采集的数字信号信息进行缓存的作用，有利于数据处理模块206进行数据处理。该存储控制器211以软件算法的方式控制存储模块203存储的数字信号信息的输出。

需要说明的是，该示波器还可以包括：与数据处理模块206连接的设置键盘212，用于设置显示方式，并将设置包含显示方式的信息发送至数据处理模块206。设置键盘212可以为矩阵键盘，具体可以为行列式键盘，该行列式键盘与数据处理模块206连接的IO口少。具体如图9所示的4*4键盘，用8个IO口可以有16个按键，通过行扫描和列扫描，分别确定被按下的按键所在的行和列，确定按键的键值。通过按不同的按键来实现二维坐标轴中的纵坐标每格表示的电压值、二维坐标轴中的横坐标每格表示的时间值、触发方式、触发电平、信号耦合方式和波形显示的起始坐标的设置。

需要说明的是，上述存储模块203、主控器205、数据处理模块206、采集控制器210和存储控制器211可以集成于一个主控芯片内，如FPGA芯片。这样可以使该示波器的体积变小，方便携带。

需要说明的是，电源模块208还用于将外部电源信号进行直流转直流（DC-DC， Direct Current-Direct Current）处理，再将DC-DC处理后的电源信号进行线性稳压处理，并将线性稳压处理后的电源信号提供给放大模块201。具体的，电源模块208可以连接的外部为正9V的直流电源，经DC-DC转换成负9V的直流电源，就组成的双电源，但DC-DC转换后的电源的纹波较大，不适合直接供给放大模块201，必需经过线性稳压进行稳压处理，得到5V的电源，该电源提供给放大模块201，使得放大模块201的性能得以提高，且稳定。同样，可以将DC-DC转换后的电源进行线性稳压处理，再将处理后的电源提供给采集模块202，向采集模块202提供的电源也为5V的电源，向主控器205、数据处理模块206提供的电源可以经过两次线性稳压得3.3V电源。但向采集模块202提供的5V电源与向放大模块201提供的5V电源不采用同一电源，这样在可以避免放大模块201与放大倍数控制器209的开关噪声叠加到电源中，从而影响采集模块202的性能。

本实施例，本实施例，示波器包括：放大模块、采集模块、存储模块、整形电路、主控器、数据处理模块、串口电路和电源模块，可以对被测信号进行调整采样，提高示波器的精确度。同时，该示波器的体积小，易携带。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种示波器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，该示波器还包括：

连接于所述采集模块和所述数据处理模块之间的存储模块，用于对所述采集模块采集的数字信号信息进行先入先出存储；

以及所述存储模块连接的存储控制器，用于控制所述存储模块存储的数字信号信息的输出。

3.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，该示波器还包括：

与所述放大模块和所述主控器连接的放大倍数控制器，用于根据所述主控器输出的信号控制所述放大模块的放大倍数。

4.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，该示波器还包括：

与所述采集模块连接的采集控制器，用于控制所述采集模块采集被测信号的采集频率。

5.如权利要求1所述的示波器，其特征在于，该示波器还包括：

与所述数据处理模块连接的设置键盘，用于设置显示方式，并将包含显示方式的信息发送至所述数据处理模块，所述显示方式包括：二维坐标轴中的纵坐标每格表示的电压值、二维坐标轴中的横坐标每格表示的时间值、触发方式、触发电平、信号耦合方式和波形显示的起始坐标。

6.如权利要求5所述的示波器，其特征在于，所述设置键盘为矩阵键盘。

7.如权利要求1至6中任一项所述的示波器，其特征在于，所述放大模块为程控衰减放大器。

8.如权利要求1至6中任一项所述的示波器，其特征在于，所述串口电路还用于将所述数据处理模块处理后包含被测信号的频率信息、二维坐标值和被测信号的电压信息的信号进行电平转换，并将转换后的包含被测信号的频率信息、转换后的二维坐标值和被测信号的电压信息的信号传输至计算机。

9.如权利要求1至6中任一项所述的示波器，其特征在于，所述电源模块还用于将外部电源信号进行直流转直流DC-DC处理，再将DC-DC处理后的电源信号进行线性稳压处理，并将线性稳压处理后的电源信号提供给所述放大模块。