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北京百萬電子科技中心
主營產(chǎn)品： 地下管道測漏儀|回路電阻測試儀|食品安全快速檢測箱|氣體檢測分析儀器 |
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聯(lián)系電話
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2012-2-14 閱讀(1565)
數(shù)字示波器的硬件設(shè)計 信息來源:http://www.365zhanlan.com
系統(tǒng)硬件總體框圖
系統(tǒng)硬件總體框圖如圖1所示,，主要由STM32控制單元,，信號輸入阻抗匹配單元,，信號調(diào)理單元，A/D采樣與FIFO存儲單元,，時鐘單元,，TFT顯示單元等組成,。輸入信號經(jīng)阻抗匹配后,，送入信號調(diào)理單元,，將信號的幅度放大或衰減到適合A/D采樣的范圍內(nèi)，A/D采樣單元對幅度為2VPP的信號進行A/D采樣,，并將采樣結(jié)果存入FIFO單元中,。CPU從FIFO中讀存數(shù)據(jù)并進行內(nèi)插運算，然后根據(jù)用戶通過鍵盤輸入的指令將信號波形顯示在TFT液晶屏上,。另外,，CPU還可以將數(shù)據(jù)通過RS232接口上傳給上位機，或進行打印等處理,。
輸入阻抗匹配電路
對于低速數(shù)據(jù)采集,，由于信號反射對信號的傳輸過程影響微乎其微，所以低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)良好的高阻抗性能,，對提高系統(tǒng)的測量度有很大的意義,。本設(shè)計中采用電壓跟隨器實現(xiàn)阻抗變換，數(shù)據(jù)采集阻抗變換電路的設(shè)計方案如圖2所示,，其輸入阻抗為10MΩ,。
信號調(diào)理電路
信號調(diào)理電路主要采用具有可變增益的數(shù)字程控放大器AD8260。AD8260是AD公司生產(chǎn)的一款大電流驅(qū)動器及低噪聲數(shù)字可編程可變增益放大器,。該器件增益調(diào)節(jié)范圍為-6dB～+24dB,，可調(diào)增益的-3dB帶寬為230MHz，可采取單電源或雙電源供電,。主要用于數(shù)字控制自動增益
系統(tǒng),、收發(fā)信號處理等領(lǐng)域。本設(shè)計主要使用其數(shù)字控制自動增益功能,。AD8260內(nèi)部的數(shù)字程控增益功能框圖如圖3所示,。經(jīng)阻抗匹配后的信號可直接輸入AD8260的17、18腳,，經(jīng)AD8260內(nèi)部前端放大器6dB的固定增益放大,，-30dB程控衰減以及末級放大器18dB固定增益放大后，由7和8腳輸出,。第11,、12、13,、14腳為四位數(shù)字控制信號(D0,、D1、D2,、D3),，與STM32的I/O口直接連接,，實現(xiàn)增益控制。表3給出了AD8260增益調(diào)節(jié)真值表,。 信息來源:www.365zhanlan.com
/D和FIFO電路 信息來源:http://365zhanlan.com
在數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計中,，選用BB公司的8位高速AD轉(zhuǎn)換器ADS830E，zui高采樣頻率為60MSa/s,，zui低采樣頻率為10kSa/s,。8位轉(zhuǎn)換精度的顯示分辨率為256格，能夠滿足所選用分辨率為640*480的TFT顯示模塊,。FIFO存儲器采用IDT7204高速緩存,，其緩存深度達1024K。FIFO存儲器是一種雙口的SRAM,，沒有地址線,，隨著寫入或讀取信號對數(shù)據(jù)地址指針進行遞加或遞減，來實現(xiàn)尋址,。
2.5時鐘電路
時鐘產(chǎn)生電路為AD轉(zhuǎn)換器提供一系列的采樣時鐘信號,，共有8種頻率，分別對應(yīng)著不同的水平掃速,。時鐘產(chǎn)生電路主要由高穩(wěn)定度的溫補晶振,，分頻器74LS390，多路選擇器74F151以及分頻器74F74觸發(fā)器構(gòu)成,?；鶞蕰r鐘信號由一塊60MHz的溫度補償型有源晶體模塊提供，輸出的60MHz信號經(jīng)過分頻器的多次分頻得到8種不同的頻率,，然后送入多路選擇器74F151,。STM32通過對74F151的三根選通信號線進行控制來選擇所需的采樣頻率。另外,，中央控制器采用STM32處理器,，主頻設(shè)為80MHz。顯示器采用分辨率為640*480的TFT顯示模塊,，與STM32之間采用SPI接口。與其它上位機通信采用RS232口,。
3,、系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，整個程序主要由初始化程序,、人機交互菜單程序,、鍵盤掃描程序、觸發(fā)程序,、顯示程序和數(shù)據(jù)采集及頻率控制程序組成,。系統(tǒng)軟件的流程圖如圖4所示,。
實驗測試
在實驗室對研制的樣品機進行了測試實驗，圖5和圖6分別顯示了頻率為16.2kHz和1kHz的方波信號,。由測試數(shù)據(jù)分析可得：垂直靈敏度滿足要求，電壓測量誤差≤5%,，輸入端輸入阻抗大于2MΩ,，實驗結(jié)果達到了設(shè)計要求。
結(jié)束語
近年來,，隨著國內(nèi)電子信息產(chǎn)業(yè)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展,，催生了龐大的數(shù)字示波器市場需求。數(shù)字示波器在信號顯示,，處理以及帶寬等方面比傳統(tǒng)模擬示波器更有優(yōu)勢,，因此數(shù)字示波器是今后示波器發(fā)展的重要方向。本文采用STM32高性能ARM處理器作為核心控制芯片,，能夠滿足TFT彩色波形顯示,，數(shù)字插值算法處理等。通過采用高速AD和FIFO器件,，實現(xiàn)了高采樣率,，寬頻帶的技術(shù)要求。實驗室測試結(jié)果表明本文的設(shè)計是正確的,，各項指標均達到設(shè)計要求,。
