CN208568891U - 一种简易的数字示波器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种简易的数字示波器装置，包括微控制器、LCD显示器、旋转编码器，所述微控制器包括CPU、放大与衰减模块、采样与A/D转换模块、存储器、触发电路、逻辑控制电路、显示模块、输入/输出接口，LCD显示器连接显示模块，旋转编码器连接输入/输出接口。本装置便于携带且成本低，可实现2kHZ以下频率信号的测量及环境温度的检测，适用于数字示波器的原理演示，具有良好的教学及简单波形测量的使用便利性。

Description

一种简易的数字示波器装置

技术领域

本实用新型属于电路元件领域，尤其涉及一种便于携带的简易的数字示波器装置。

背景技术

在日常生活中常常需要检测信号的频率与幅度，声音信号，杂质信号等等，这些信号的频率的稳定不仅仅影响着着一个系统的性能，而对于干扰信号的去除能直接决定一个系统的合格与否。但是常规的示波器的体型比较大，不方便携带且价格昂贵，因此研究简易的数字示波器具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种简易的数字示波器装置，旨在解决现有模拟示波器存储波形能力弱，体积庞大，功耗高且使用不便以及数字示波器价格昂贵的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为，一种简易的数字示波器装置，包括微控制器、LCD显示器、旋转编码器，所述微控制器包括CPU、放大与衰减模块、采样与A/D转换模块、存储器、触发电路、逻辑控制电路、显示模块、输入/输出接口，输入信号接入放大与衰减模块的输入端，放大与衰减模块的输出端连接采样与A/D转换模块的输入端，采样与A/D转换模块的输出端连接存储器，外触发信号分别接入采样与A/D转换模块和触发电路的输入端，触发电路的输出端连接逻辑控制电路的输入端，逻辑控制电路的控制及地址输出端口连接存储器，存储器连接CPU，显示模块连接CPU，所述LCD显示器连接显示模块，所述旋转编码器连接输入/输出接口。

作为本实用新型的一种改进， 该装置还包括温度电压转换模块，所述温度电压转换模块连接微控制器，温度电压转换模块采用热敏电阻和分压电阻串接的电路结构，所述分压电阻连接电源VCC，所述热敏电阻连接电源地GND，在热敏电阻和分压电阻之间引出支路作为温度检测点接入微控制器。

作为本实用新型的一种改进，所述微控制器采用单片机15W4K32S4，通过AD 转换功能最高以每秒30万次的检测频率检测温度检测点输出的模拟电压值，经过处理后输出至显示模块中显示波形以及频率。

作为本实用新型的一种改进， 所述LCD显示器采用12864液晶显示屏，12864液晶是一个具有128*64个像素点的液晶显示器，其具有体积小、功耗低、重量轻及超薄等优点，并支持字符以及汉字的显示，还可以显示自定义图像与字符。

作为本实用新型的一种改进，所述温度电压转换模块采用3950热敏电阻进行温度电压的转换，3950热敏电阻阻值与温度的换算关系式为，其中，T1和T2指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝对温度)+摄氏度，T2=(273.15+25)，Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值，R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值，B值（即为热敏电阻的热敏指数）是热敏电阻的重要参数。

相对于现有技术，本实用新型所提出的数字示波器装置整体结构设计巧妙，结构合理性能佳，体积小，重量轻，便于携带，结构简单，易于实现且成本低，通过本装置可实现2kHZ以下频率的信号检测及显示，并可通过旋转编码器进行菜单选择并显示任意频率比及相位差的李萨如图，另外还可通过本装置实现环境温度变量的测量，并通过存储模块记录温度波形，通过显示模块进行温度波形显示。因此，本装置适用于数字示波器的原理演示以及低频率信号的测量，具有良好的教学及简单波形测量的使用便利性。

附图说明

图1为本实用新型的简易数字示波器装置的电路图。

图2为本实用新型的简易数字示波器装置的微控制器结构框图。

图3为本实用新型的简易数字示波器装置的温度电压转换模块电路。

图4为本实用新型的简易数字示波器装置的旋转编码器引脚信号输出图。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解和认识，下面结合附图对本实用新型作进一步描述和介绍。

如图1-3所示，一种简易的数字示波器装置，包括微控制器、LCD显示器、旋转编码器，所述微控制器包括CPU、放大与衰减模块、采样与A/D转换模块、存储器、触发电路、逻辑控制电路、显示模块、输入/输出接口，输入信号接入放大与衰减模块的输入端，放大与衰减模块的输出端连接采样与A/D转换模块的输入端，采样与A/D转换模块的输出端连接存储器，外触发信号分别接入采样与A/D转换模块和触发电路的输入端，触发电路的输出端连接逻辑控制电路的输入端，逻辑控制电路的控制及地址输出端口连接存储器，存储器连接CPU，显示模块连接CPU，所述LCD显示器连接显示模块，所述旋转编码器连接输入/输出接口。

其中，温度电压转换模块采用热敏电阻RT1和分压电阻R1串接的电路结构，所述分压电阻R1连接电源VCC，所述热敏电阻RT1连接电源地GND，在热敏电阻RT1和分压电阻R1之间引出支路作为温度检测点接入微控制器。所述微控制器采用单片机15W4K32S4，通过AD转换功能最高以每秒30万次的检测频率检测温度检测点输出的模拟电压值，经过处理后输出至显示模块中显示波形以及频率。

另外，所述LCD显示器采用12864液晶显示屏，12864液晶是一个具有128*64个像素点的液晶显示器，其具有体积小、功耗低、重量轻及超薄等优点，并支持字符以及汉字的显示，还可以显示自定义图像与字符。

此外，所述温度电压转换模块采用3950热敏电阻进行温度电压的转换，3950热敏电阻阻值与温度的换算关系式为，其中，T1和T2指的是K度即开尔文温度，K度=273.15(绝对温度)+摄氏度，T2=(273.15+25)，Rt 是热敏电阻在T1温度下的阻值，R是热敏电阻在T2常温下的标称阻值，B值（即为热敏电阻的热敏指数）是热敏电阻的重要参数。

本装置在开机之后，在显示屏中显示一个选择菜单，使用者可通过旋扭旋转编码器进行功能的选择，即选择2kHZ以下低频信号的检测及显示或任意频率比及相位差的李萨如图的显示或环境温度的实时检测及显示。

通过本装置进行低频信号及温度信号的波形显示时，微控制器是通过一套转换方程来使检测到的电压幅值与显示屏上的点进行一一对应显示成完整的曲线，并在当检测频率与波形的频率有偏差时，可通过旋转编码器进行检测频率的调节使显示的波形稳定。

如图4所示，所述旋转编码器具有OUT1和OUT2两个输出引脚，使用时，微控制器通过检测OUT1和OUT2的状态，当OUT1跳变成低电平的时候，检测OUT2的引脚状态，当OUT2为高电平时，旋转编码器进行逆时针旋转调节，否则进行顺时针旋转调节。

由于在LCD显示器上需要显示一些文字信息，因此只在屏幕上的120×52的区间里面进行波形的显示，首先单片机内部的转换精度是2^10，将需要检测的电压5V分成了1024个等电压区间，并通过检测到的数值除以1024再乘以100就得到此时的测量电压相对于5V电压的百分比，最后将这个百分比在乘以52，再通过四舍五入法，就能将检测到的指转换成0~52之间的一个值。然而在液晶屏幕上面，左上角的坐标为（0，0），而日常坐标(0,0)却为右下角，所以要将原来左上角的值经过坐标矩阵转换（X，Y）变为左下角的值（X+6，64-Y+12）。

通过本装置进行任意频率比与相位差的李萨如图的绘制时，通过旋转编码器进行菜单的选择与确定，具体是：菜单选择李萨如图演示之后按下确定，进入频率比选择界面，选择完成后按下确定进入相位差选择界面，按下确定键后可以从屏幕上看到图形的绘制以及频率与相位信息的显示。

李萨如图在X方向与Y方向的频率以及相位差的计算式如下：

X坐标函数：X = 50*sin(3.14*(lisaru1[2]-'0')/900*(t-4)*4+(du*3.14/180))+32;

Y坐标函数Y = 25*sin(3.14*(lisaru2[2]-'0')/900*(t-4)*4)+32;

其中，lisaru1[2]：设置x坐标函数频率数组，lisaru2[2]：设置y坐标函数频率数组，du：设置相位差参数。

该装置还通过IIC协议由微控制器访问内部EEPROM空间 ，EEPROM的全称是“电可擦除可编程只读存储器”，用于对检测到的温度曲线进行随时掉电保存。还可以通过微控制器可以实现任意图片的显示，具体是将原来的图片通过取模操作将码表取出，然后存储在EEPROM空间里面，然后再通过调用取出并显示出来。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种简易的数字示波器装置，其特征在于：包括微控制器、LCD显示器、旋转编码器，所述微控制器包括CPU、放大与衰减模块、采样与A/D转换模块、存储器、触发电路、逻辑控制电路、显示模块、输入/输出接口，输入信号接入放大与衰减模块的输入端，放大与衰减模块的输出端连接采样与A/D转换模块的输入端，采样与A/D转换模块的输出端连接存储器，外触发信号分别接入采样与A/D转换模块和触发电路的输入端，触发电路的输出端连接逻辑控制电路的输入端，逻辑控制电路的控制及地址输出端口连接存储器，存储器连接CPU，显示模块连接CPU，所述LCD显示器连接显示模块，所述旋转编码器连接输入/输出接口。

2.如权利要求1所述的一种简易的数字示波器装置，其特征在于，该装置还包括温度电压转换模块，所述温度电压转换模块连接微控制器，温度电压转换模块采用热敏电阻和分压电阻串接的电路结构，所述分压电阻连接电源VCC，所述热敏电阻连接电源地GND，在热敏电阻和分压电阻之间引出支路作为温度检测点接入微控制器。

3.如权利要求2所述的一种简易的数字示波器装置，其特征在于，所述微控制器采用单片机15W4K32S4，通过AD 转换功能最高以每秒30万次的检测频率检测温度检测点输出的模拟电压值，经过处理后输出至显示模块中显示波形以及频率。

4.如权利要求3所述的一种简易的数字示波器装置，其特征在于，所述LCD显示器采用12864液晶显示屏。

5.如权利要求4所述的一种简易的数字示波器装置，其特征在于，所述温度电压转换模块采用3950热敏电阻进行温度电压的转换。