CN106706987A - 一种数字示波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字示波器，包括输入程控放大电路、采样电路、FIFO存储电路、触发电路、显示控制电路、时钟产生电路、测频与控制电路、主控制单元、显示屏和键盘，所述输入程控放大电路分别连接采样电路和测频与控制电路，所述采样电路分别连接FIFO存储电路和触发电路，所述FIFO存储电路、触发电路和测频与控制电路分别连接主控制单元，所述主控制单元采用PIC单片机，所述主控制单元连接时钟产生电路，所述时钟产生电路连接采样电路。系统设计简单，充分利用单片机内部资源，实现了普通示波器的基础功能，同时又扩展了按键波形存储，单次触发等功能，具有良好的应用前景。

Description

一种数字示波器

技术领域

本发明涉及示波器技术领域，特别涉及一种简易数字示波器。

背景技术

数字示波器是工业控制、电子测量、信号处理及仪器仪表等行业最常用的测量仪器之一。它将捕捉到的模拟信号通过AD转换后，存储到示波器中，对信号作一步的处理，可以获得被测信号的多种信号参数，如频率、幅值、前后沿时间、平均值等，有利于对产品作进一步的分析设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种性能稳定、实现方便、价格低廉的简易数字示波器。

为解决上述技术问题，本发明采用了一种数字示波器，包括输入程控放大电路、采样电路、FIFO存储电路、触发电路、显示控制电路、时钟产生电路、测频与控制电路、主控制单元、显示屏和键盘，所述输入程控放大电路分别连接采样电路和测频与控制电路，所述采样电路分别连接FIFO存储电路和触发电路，所述FIFO存储电路、触发电路和测频与控制电路分别连接主控制单元，所述主控制单元采用PIC单片机，所述主控制单元连接时钟产生电路，所述时钟产生电路连接采样电路。

本发明具有的有益效果：系统设计简单、清晰，充分利用单片机内部资源，实现了普通示波器的基础功能如信号测量、频率测量、触发电平可调，垂直与扫描档可变等，同时又扩展了按键波形存储，单次触发等功能，可应用于仪表实时显示动态波形，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

具体实施方式

参照图1，为一种数字示波器，包括输入程控放大电路、采样电路、FIFO存储电路、触发电路、显示控制电路、时钟产生电路、测频与控制电路、主控制单元、显示屏和键盘，所述输入程控放大电路分别连接采样电路和测频与控制电路，所述采样电路分别连接FIFO存储电路和触发电路，所述FIFO存储电路、触发电路和测频与控制电路分别连接主控制单元，所述主控制单元采用PIC单片机，所述主控制单元连接时钟产生电路，所述时钟产生电路连接采样电路。

系统将采集到的模拟信号经过AD转换后变成数字量，利用单片机进行数据的处理储存，转换成LCD相应的X、Y坐标值和显示数值。系统通过采用单片机和FPGA/CPLD的方式实现，由FPGA/CPLD完成采集、存储、显示及AD/DA等功能，即由FPGA/CPLD实现人机交互及信号测量分析等功能。系统由PIC单片机、AD转换器、LCD模块等组成，由单片机完成基本处理分析，包括信号的采集、存储、显示等控制与变换工作。此方式的优点在于系统规模比较小，可以灵活实现，却不适宜于观察高速信号或复杂信号。

系统硬件电路由七部分组成：输入程控放大电路、采样电路、FIFO存储电路、触发电路、显示控制电路、时钟产生电路和测频与控制电路。程控电路是将波形幅值通过比例缩放显示在屏幕上，之后在周边加上标尺注明，将波形调整到合适的采集范围。采样电路负责采集，它的核心为AD转换器，采样信号经过AD转换器，传输到单片机，由单片机处理以及显示控制电路。显示控制电路负责按照要求的形式显示被测信号的波形。

所述程控电路的作用是对输入信号进行衰减或放大调整，使输出信号电压在AD转换器输入电压要求范围内，达到最好的测量与观察效果，这就要求运算放大器在规定带宽内的增益一定要平坦，系统采用NSC公司的LM6172运算放大器，带宽为100MHz，转换速率3000v/μs。

所述采样电路采用A/D转换电路实现，所述A/D转换电路将被测信号采样并转换成数字信号存入存储器，在电路中采用的8位高速AD转换器ADS830E，采样频率为10kSa/s～60MSa/s。ADS830E的每个时钟周期进行一次DA转换，可以方便地通过控制采样时钟来控制采样率，而且ADS830E的输入电压幅度是可以编程控制的，RSEL引脚为控制引脚，当置高电平时，ADS830E的输入电压范围是1.5～3.5V，即2Vpp；当置低电平时，输入电压范围是2～3V，即1Vpp。

由程控放大电路调整后的信号分成两路，一路进入AD转换电路进行采样，采样所得的数据由74LVC574锁存缓冲后送入FIFO存储器。在AD转换器与PIC单片机之间加入FIFO的作用是起到高速数据缓冲的作用，因为AD转换器的最高工作频率为60MHz，远高于单片机的工作频率，所以让FIFO与AD转换器同步工作存储AD转换器的转换输出数据，当FIFO存储器存满后引脚被拉高，通知单片机进行数据读取，这时单片机禁止AD转换器与FIFO存储器的时钟使能信号，FIFO的控制权交给单片机。

系统中PIC单片机对采集到的数据显示的过程是先对FIFO做是否满判断，确认采集到足够的数据来显示，然后清除屏幕上已有的图像，之后判断数据是否在屏幕显示的范围内，若超出范围，将两组数据合理组合得到在屏幕上显示的数据，通过调用显示函数显示出来。后面的数据只需读出一组，通过和之前的数据运算和处理显示出来，这样就可绘制出连续的波形。对显示的控制采用键盘按键，键盘电路采用6个信号接口控制24个键，大大节省了单片机控制所使用的I/O口。键盘的24个键被分为3组，每一组对应于一个74ls148，当有一个键被按下，则其中一个被置低电平，74ls148有三个口D0、D1、D2，这三个口可指出其中哪个键被按下。

系统软件部分主要由AD转换子程序、显示子程序、读写子程序、按键处理子程序组成，主程序在上电初始化后，等待信号采集，查询AD转换是否完成，AD转换完成后，数据写入FIFO存储器，当FIFO存储器写满后，FIFO写满标志位触发单片机的数据读取程序，把采样数据读取到单片机内，根据先前的按键状态所设置的功能寄存器内容，处理数据，并在LCD上显示需要的波形。AD转换程序在一定的采样时间内，对输入的模拟信号进行数据采样，由定时器定时产生中断，在采样中断到来时开启AD转换，AD转换结束后数据存储到指定的区域。通过控制定时器定时的时间即可控制不同的采样率，从而实现对不同频率段数据的采集。由于AD转换时间的限制，不能采集频率高的信号波形，对此采用等效采样模式，等效采样是指多个信号周期连续采样来复现一个信号波形，采样系统能以扩展的方式复现频率大大超过奈奎斯特极限频率的信号波形。显示子程序将转换得到的数字信号量显示在LCD相应的点上。横轴用于显示时间，纵轴显示电压大小的值，先计算出某一个待显示数字量在横轴上的位置，再根据数字量的大小计算出在纵轴上的位置，这样就能在显示器上显示出该数字量所对应的点。将所采集的点依次显示后，在屏幕上看到的即为信号的波形。读写子程序的功能是将想要存储的信号波形存储起来，以便以后观看波形细节。按键处理子程序的功能主要是根据不同的输入，选择不同的功能。采用行列扫描的方式对按键进行扫描，当扫描的某一按键按下时，执行相应的功能。

系统可选用性能更好的模拟开关和运算放大器，以及更合理的电阻，可进一步提高信号调理电路的放大准确度，增大测量幅度范围。

Claims (1)

1.一种数字示波器，其特征在于：包括输入程控放大电路、采样电路、FIFO存储电路、触发电路、显示控制电路、时钟产生电路、测频与控制电路、主控制单元、显示屏和键盘，所述输入程控放大电路分别连接采样电路和测频与控制电路，所述采样电路分别连接FIFO存储电路和触发电路，所述FIFO存储电路、触发电路和测频与控制电路分别连接主控制单元，所述主控制单元采用PIC单片机，所述主控制单元连接时钟产生电路，所述时钟产生电路连接采样电路。