數(shù)字示波器的硬件設(shè)計(jì) 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(hào)輸入阻抗匹配單元,，信號(hào)調(diào)理單元,，A/D采樣與FIFO存儲(chǔ)單元,，時(shí)鐘單元,，TFT顯示單元等組成,。輸入信號(hào)經(jīng)阻抗匹配后,，送入信號(hào)調(diào)理單元，將信號(hào)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(duì)幅度為2VPP的信號(hào)進(jìn)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(jìn)行內(nèi)插運(yùn)算,，然后根據(jù)用戶通過鍵盤輸入的指令將信號(hào)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(jī),，或進(jìn)行打印等處理,。

　　 輸入阻抗匹配電路

　　對(duì)于低速數(shù)據(jù)采集，由于信號(hào)反射對(duì)信號(hào)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(duì)提高系統(tǒng)的測量度有很大的意義。本設(shè)計(jì)中采用電壓跟隨器實(shí)現(xiàn)阻抗變換,，數(shù)據(jù)采集阻抗變換電路的設(shè)計(jì)方案如圖2所示,，其輸入阻抗為10MΩ。

　　 信號(hào)調(diào)理電路

　　信號(hào)調(diào)理電路主要采用具有可變?cè)鲆娴臄?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(dòng)器及低噪聲數(shù)字可編程可變?cè)鲆娣糯笃?。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(dòng)增益 

　　系統(tǒng)、收發(fā)信號(hào)處理等領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)主要使用其數(shù)字控制自動(dòng)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(hào)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(jí)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(hào)(D0,、D1、D2,、D3),，與STM32的I/O口直接連接，實(shí)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(jì)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(chǔ)器采用IDT7204高速緩存，其緩存深度達(dá)1024K,。FIFO存儲(chǔ)器是一種雙口的SRAM,，沒有地址線，隨著寫入或讀取信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)地址指針進(jìn)行遞加或遞減,，來實(shí)現(xiàn)尋址,。

　　2.5時(shí)鐘電路

　　時(shí)鐘產(chǎn)生電路為AD轉(zhuǎn)換器提供一系列的采樣時(shí)鐘信號(hào)，共有8種頻率,，分別對(duì)應(yīng)著不同的水平掃速,。時(shí)鐘產(chǎn)生電路主要由高穩(wěn)定度的溫補(bǔ)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,。基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)由一塊60MHz的溫度補(bǔ)償型有源晶體模塊提供,，輸出的60MHz信號(hào)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(duì)74F151的三根選通信號(hào)線進(jìn)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(jī)通信采用RS232口。

　　3,、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法,，整個(gè)程序主要由初始化程序、人機(jī)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(shí)驗(yàn)測試 

　　在實(shí)驗(yàn)室對(duì)研制的樣品機(jī)進(jìn)行了測試實(shí)驗(yàn),，圖5和圖6分別顯示了頻率為16.2kHz和1kHz的方波信號(hào),。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(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)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(hào)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(shì),，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(shí)現(xiàn)了高采樣率,，寬頻帶的技術(shù)要求。實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果表明本文的設(shè)計(jì)是正確的,，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,。