簡(jiǎn)易數(shù)字示波器-課件

有關(guān)現(xiàn)代顯示技術(shù)掃描顯示光柵顯示點(diǎn)陣顯示顯示方式用途顯示器件掃描顯示示波器、掃頻儀、頻譜分析儀CRT光柵顯示掃頻儀CRT點(diǎn)陣顯示示波器、掃頻儀、頻譜分析儀LCD本賽題是:CRT掃描顯示電子測(cè)量的一種典型技術(shù)有關(guān)現(xiàn)代顯示技術(shù)顯示方式用途顯示1賽題任務(wù)書

一任務(wù):設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器(簡(jiǎn)易DSO)賽題任務(wù)書一任務(wù):設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器2

二要求

(1)信號(hào)頻率：DC~50kHz，Ri>100kΩ；(2)垂直：32級(jí)/div，水平20點(diǎn)/div，屏幕面積8×10div2；(3)垂直靈敏度：0.1V/div，1V/div，誤差≤5%

；(4)水平掃速：0.2s/div，0.2ms/div，20μs/div，誤差≤5%；(5)單次觸發(fā)、擴(kuò)展、內(nèi)觸發(fā)、上升沿、電平可調(diào)；(6)顯示波形無(wú)明顯失真。1.基本要求賽題任務(wù)書二要求(1)信號(hào)頻率：DC~50kHz，3賽題任務(wù)書——要求2.發(fā)揮部分（1）連續(xù)觸發(fā)存儲(chǔ)方式，并有“鎖存功能”；（2）雙蹤顯示；（3）水平移動(dòng)擴(kuò)展一倍；（4）垂直靈敏度0.01V/div，低輸入噪聲電壓。賽題任務(wù)書賽題任務(wù)書——要求2.發(fā)揮部分賽題任務(wù)書4主要內(nèi)容:*對(duì)賽題要求的分析*方案討論*部分電路設(shè)計(jì)及模擬*安裝調(diào)試*測(cè)試結(jié)果*小結(jié)*展望簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)（解析）主要內(nèi)容:簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)5(1)工作流程：采集、存儲(chǔ)、顯示。

具有：A/D、RAM、D/A等主要器件；(2)內(nèi)觸發(fā)上升沿、觸發(fā)電平可調(diào)；

掃描速度0.2s/div，0.2ms/div，20μs/div；

垂直靈敏度0.1V/div，1V/div，0.01V/div，

連續(xù)、移動(dòng)擴(kuò)展、雙蹤。

要具有控制功能

1.控制器2.人機(jī)接口1.對(duì)賽題要求的分析(1)工作流程：采集、存儲(chǔ)、顯示。1.對(duì)賽題要求的分6（3）簡(jiǎn)易DSO組成框圖1.對(duì)賽題要求的分析Y通道包括前向通道和后向通道（3）簡(jiǎn)易DSO組成框圖1.對(duì)賽題要求的分析Y通道包括前72.方案討論2.1采樣方式的選擇

實(shí)時(shí)采樣和等效時(shí)間采樣題中要求信號(hào)DC~50kHz，樣點(diǎn)直接恢復(fù)方式為20點(diǎn)/周期，采速高達(dá)1000kHz(1μs)，A/D轉(zhuǎn)換速率1Ms/s采用實(shí)時(shí)采樣方式

2.方案討論2.1采樣方式的選擇題中要求信號(hào)DC~58*對(duì)控制器的要求

采集速率：高達(dá)1000kHz(1μs)，低至20ms；（決定于掃描速度） 樣點(diǎn)恢復(fù)速率：10kHz； 程控增益：1V/div，0.1V/div，0.01V/div 雙蹤、擴(kuò)展…*三種方案(1)VLSI例如CPLD(2)MUC(3)MUC+CPLD 2.方案討論2.2控制器的選擇

*對(duì)控制器的要求 2.方案討論2.2控制器的選擇9選擇方案（3）MUC和CPLD控制器框圖：方案特點(diǎn)(1)速度快，煩瑣，難度大（2）速度不能達(dá)到采樣速率的要求（3）MUC和CPLD可以適當(dāng)分工，實(shí)現(xiàn)控制功能2.方案討論選擇方案（3）MUC和CPLD方案特102.3技術(shù)指標(biāo)初步分配（誤差是定量指標(biāo)）（1）信號(hào)通道 前向通道（采集、存儲(chǔ)）≤2.5% 后向通道（恢復(fù)）≤2% 2.5%+2%=4.5%≤5%（2）時(shí)基（時(shí)間基線、掃描速度） 控制信號(hào)（采樣時(shí)鐘）誤差忽略不計(jì) 掃描電壓及輸出電路≤2%2.方案討論2.3技術(shù)指標(biāo)初步分配（誤差是定量指標(biāo)）（1）信號(hào)通11簡(jiǎn)易DSO劃分為3個(gè)部分:

Y通道（前、后向通道）、X通道和控制器

3.1前向通道

*作用（初步構(gòu)思）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

S1校零，S2校滿度*內(nèi)容信號(hào)調(diào)理電路；低通濾波器；電平移位；前向通道通道性能分析；雙蹤顯示；觸發(fā)電路。簡(jiǎn)易DSO劃分為3個(gè)部分:

Y通道（前、后向通道）、X通道123.部分電路設(shè)計(jì)及模擬1）輸入電路

*要求:Ri’≥100kΩ，輸入噪聲電壓影響；*輸入電阻（阻抗）對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響Z越高，影響越小。

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬1）輸入電路13*輸入電路

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*取R≥100kΩ*運(yùn)算放大器LF353

初步核算：

輸入電阻Ri’=R//Ri≈R≈100kΩ；輸入端噪聲電壓3.6nV，而最高靈敏度時(shí)的測(cè)量分辨力為312μV，3.6nV《312μV*輸入電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*取R≥100142）信號(hào)調(diào)理電路

*作用使信號(hào)符合A/D輸入的要求（預(yù)計(jì)A/D輸入≤2V）

*增益計(jì)算輸入幅度靈敏度×8div8V，0.8V，0.08增益0.25，2.5，25

（由程控實(shí)現(xiàn)）*電路圖3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬2）信號(hào)調(diào)理電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬15*有關(guān)解釋程控開關(guān)Sn必須是模擬開關(guān)，選擇集成開關(guān)MAX4501；增益調(diào)節(jié)電阻Rnn，模擬開關(guān)的內(nèi)阻計(jì)人其中；補(bǔ)償電容改善通道頻響特性3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*有關(guān)解釋3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬163）低通濾波器

*作用：抗混迭

采樣信號(hào)的頻譜混迭現(xiàn)象及改善方法3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

*抗混迭濾波器電路

3）低通濾波器

*作用：抗混迭

17*有關(guān)解釋運(yùn)算放大器構(gòu)成有源低通濾波器；二階Butterworth低通濾波器.

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*有關(guān)解釋3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬184）電平移位電路假設(shè)A/D要求+極性輸入電壓，而此前電路輸出±極性電壓。5）前向通道性能分析*目的：階段性小結(jié)*內(nèi)容：頻率特性的模擬；元器件參數(shù)的影響；

環(huán)境溫度的影響。

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬4）電平移位電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬19前向通道頻率特性的模擬

（用EWB對(duì)程控增益放大器和低通濾波器模擬分析）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

結(jié)果-3dB帶寬80kHz〉50kHz滿足設(shè)計(jì)要求前向通道頻率特性的模擬

（用EWB對(duì)程控增益放大器和低通濾波206）雙蹤示波器的實(shí)現(xiàn)*樣點(diǎn)采集次序交替、斷續(xù)考慮最慢采樣速率20ms/點(diǎn)，選擇斷續(xù)方式*樣點(diǎn)數(shù)/頁(yè)20點(diǎn)/div×10div=200點(diǎn)（256）擴(kuò)展方式200×2=400點(diǎn)（512）*電路方案

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬選擇方法二6）雙蹤示波器的實(shí)現(xiàn)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬選擇方法二217）觸發(fā)電路*要求：內(nèi)觸發(fā)、正沿、觸發(fā)電平可以調(diào)節(jié)；*電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬說(shuō)明：

觸發(fā)信號(hào)來(lái)自A通道；采用比較器，比較電平的極性為+、可以調(diào)節(jié)；輸出為下降沿，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷（）。7）觸發(fā)電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬說(shuō)明：223.2信號(hào)的采樣、量化、存儲(chǔ)(DSO的基本技術(shù)）1）采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）A/D的技術(shù)要求（1）轉(zhuǎn)換速率20μs/div1

μs/點(diǎn)

1Ms/s

（2）量化位數(shù)

32級(jí)/div×8=256級(jí)/8div 256=28

8bit

量化誤差1LSB=1/280.4%（3）輸入幅度

+（0---2）V

選擇：TLC55103.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3.2信號(hào)的采樣、量化、存儲(chǔ)(DSO的基本技術(shù)）3.23關(guān)于TLC5510①內(nèi)含S/H；②為半閃爍結(jié)構(gòu)（flash)，兩個(gè)4bit并行A/D組合為8bit轉(zhuǎn)換速率20Ms/s；③輸入信號(hào)+（0–2）V；④基準(zhǔn)電壓+2V等等

TLC5510內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬關(guān)于TLC55103.部分電路設(shè)計(jì)及模擬242）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器要求：存儲(chǔ)容量單蹤512byte，雙蹤1024byte；寫速率1μs/點(diǎn)；RAM或FIFO或雙口RAM。3）電路方案

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬雙A/D，RAM實(shí)現(xiàn)雙蹤要求2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬雙A/D，RAM253.3后向通道

1)設(shè)計(jì)要求將數(shù)字信號(hào)(RAM中的數(shù)據(jù))恢復(fù)為模擬信號(hào)并作為通用示波器的Y輸入信號(hào)(8V)，A、B信號(hào)從同一個(gè)Y端輸入。要考慮的問(wèn)題：信號(hào)恢復(fù)電路及器件選擇，同步掃描電壓，雙蹤顯示。

2）信號(hào)恢復(fù)采用器件D/A恢復(fù)速率選擇宜人的觀察速率10kHz100μs/點(diǎn)

256點(diǎn)×100μs/點(diǎn)=25.6ms(40次/秒）這樣可以免除的高速D/A的要求（是DSO的優(yōu)點(diǎn)）；D/A選擇DAC0832。3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3.3后向通道3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬263）同步掃描電壓設(shè)計(jì)*同步作用顯示穩(wěn)定的信號(hào)波形3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

*同步掃描電壓設(shè)計(jì)兩種產(chǎn)生掃描電壓的方法：通用示波器掃描電壓(要同步信號(hào)) 簡(jiǎn)易DSO產(chǎn)生 選擇由簡(jiǎn)易DSO產(chǎn)生3）同步掃描電壓設(shè)計(jì)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*27*掃描電壓的產(chǎn)生用D/A產(chǎn)生

D/A選擇DAC0832（與信號(hào)恢復(fù)器件一致）

D/A輸入數(shù)據(jù)為8bit（00—FF）H遞增，（實(shí)際為階梯波而不是斜波）關(guān)于擴(kuò)展顯示的信號(hào)恢復(fù)

①基本思想3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*掃描電壓的產(chǎn)生3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬28恢復(fù)的數(shù)據(jù)在兩個(gè)頁(yè)面中取連續(xù)的256點(diǎn)掃描電壓與前相同

因此，擴(kuò)展顯示是移動(dòng)地在兩個(gè)頁(yè)面中顯示一個(gè)頁(yè)面，關(guān)鍵是控制電路和軟件。4）雙蹤顯示要求：…問(wèn)題：A、B兩個(gè)信號(hào)恢復(fù)后的顯示如圖（a)所示，不便于觀察。實(shí)際要求將A、B兩個(gè)信號(hào)分別顯示在通用示波器屏幕的上下方，如圖（b)所示，要求進(jìn)行光跡分離。3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬光跡分離兩種方法：電平位移；數(shù)據(jù)處理?；謴?fù)的數(shù)據(jù)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬光跡分離兩種方法：295）數(shù)據(jù)恢復(fù)電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬有關(guān)解釋：

①D/AYA、D/AYA和D/AX分別用于恢復(fù)A、B信號(hào)和產(chǎn)生掃描電壓②AY和AX為Y和X的輸出電路.

③在同一地址的A、B數(shù)據(jù)分時(shí)地進(jìn)行恢復(fù)，否則兩信號(hào)的光跡要重疊。5）數(shù)據(jù)恢復(fù)電路303.4控制器的設(shè)計(jì)控制器的作用控制、數(shù)據(jù)處理；控制器的組成控制器自身、人機(jī)接口。

1）鍵盤性質(zhì)矩陣掃描非編碼鍵盤組成（8個(gè)鍵）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3.4控制器的設(shè)計(jì)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬31對(duì)鍵盤的解釋：

（1）按下的鍵狀態(tài)為“0”；（2）s/div和V/div為+1鍵編碼關(guān)系見(jiàn)表6.1；（3）默認(rèn)的儀器工作狀態(tài)：0.2ms/div、0.1V/div；（4）擴(kuò)展移動(dòng)鍵每按一次+5；（5）底層控制器（CPLD）掃描鍵盤，有鍵按下時(shí)向頂?shù)讓涌刂破鳎▎纹瑱C(jī)）申請(qǐng)中斷（）；（6）儀器的復(fù)位鍵（RESET）不屬于鍵盤管理。

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬對(duì)鍵盤的解釋：3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬323）控制器的硬件設(shè)計(jì)

（1）DSO的操作時(shí)序

鍵盤輸入(相關(guān)設(shè)置)啟動(dòng)等待觸發(fā)儀器操作（采集、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)恢復(fù)、顯示）見(jiàn)圖6.20，例如

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3）控制器的硬件設(shè)計(jì)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬33（2）控制信號(hào)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬種類用途來(lái)源靜態(tài)信號(hào)校零輸入短路CPLD校滿度輸入端接0.8VCPLD程控增益和掃描速度分別接通增益和選擇時(shí)鐘CPLD

動(dòng)

態(tài)

信

號(hào)開始寫數(shù)據(jù)RAMa和RAMb地址為00HCPLD停止寫數(shù)據(jù)RAMa和RAMb地址為FFH或1FFHCPLD數(shù)據(jù)處理將零點(diǎn)偏移、滿度校準(zhǔn)以及光跡分離量計(jì)入采集數(shù)據(jù)單片機(jī)和CPLD啟動(dòng)顯示從RAM讀數(shù)據(jù)至D/A單片機(jī)和CPLD

擴(kuò)展顯示選擇數(shù)據(jù)的起點(diǎn)地址X單片機(jī)和CPLD鎖存顯示不再采集數(shù)據(jù)，繼續(xù)顯示單片機(jī)和CPLD雙蹤顯示A、B信號(hào)同時(shí)顯示單片機(jī)和CPLD單次觸發(fā)只產(chǎn)生一次觸發(fā)掃描單片機(jī)和CPLD（2）控制信號(hào)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬種類用途來(lái)源靜校34（3）控制器件的選擇

MUCAT89C52CPLDACEX1K10

AT89C528bit12MHz、8kbyteEEPROM、256byteRAMACEX1K103.5ns時(shí)鐘I/OEBA(512byte)(可以在線編程）

從存儲(chǔ)器的配置來(lái)說(shuō)，如此選擇是極其有利的

（4）控制器電路圖3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬（3）控制器件的選擇3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬353.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*底層控制器電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*底層控制器電路363.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*頂層控制器電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*頂層控制器電路37①兩層控制器總線連接（PartA）鎖存器連接直接連接3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*對(duì)控制電路的說(shuō)明CPLD部分

②時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路（PartB）

時(shí)鐘信號(hào)種類：輸入10MHz；3種采樣時(shí)鐘（由掃選擇）和100Hz；選擇時(shí)鐘的編碼自PartD①兩層控制器總線連接（PartA）3.部分電路設(shè)38

信號(hào)采集時(shí)：數(shù)據(jù)來(lái)自A/D；Reset開始存儲(chǔ)（00H）；寫時(shí)鐘來(lái)自PartB。信號(hào)恢復(fù)時(shí)：讀時(shí)鐘自單片機(jī)；讀允許信號(hào)自PartD；讀出數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)選擇器至單片機(jī)。3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（PartC）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（PartC）39鎖存器（a)輸出時(shí)鐘選擇碼；鎖存器（b)輸出產(chǎn)生掃描電壓的數(shù)據(jù)；鎖存器（c)至前向通道控制開關(guān)；緩沖器（d)傳遞鍵值編碼它們的選通由單片機(jī)P1口通過(guò)138實(shí)現(xiàn)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬④有關(guān)的控制信號(hào)（PartD）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬④有關(guān)的控制信號(hào)（PartD40

掃描時(shí)鐘100Hz，自PartB；

輸出行掃描信號(hào)，讀入列信號(hào)，輸出鍵值編碼，至PartD；向單片機(jī)申請(qǐng)中斷。

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬⑤鍵盤掃描電路（PartE）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬⑤鍵盤掃描電路（PartE41*對(duì)控制電路的說(shuō)明

單片機(jī)部分顯示器是其外設(shè)；與CPLD的連接是P0、P1口；鍵盤中斷優(yōu)線于觸發(fā)中斷；輸出信號(hào)恢復(fù)和產(chǎn)生掃描電壓的數(shù)據(jù)；單片機(jī)的有關(guān)設(shè)定P1口，表6.4內(nèi)RAM的設(shè)定，表6.5前向通道的控制信號(hào)，表6.6

補(bǔ)充說(shuō)明：

掃描速度為0.2s/div時(shí)，每采樣一點(diǎn)就顯示一次，否則要產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。4)控制器的軟件設(shè)計(jì)

(根據(jù)DSO的工作過(guò)程編寫)自頂向下，充分利用子程序和中斷功能一個(gè)主程序和兩個(gè)中斷子程序

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*對(duì)控制電路的說(shuō)明

單片機(jī)部分顯示器是其外設(shè)；3.423.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

向單片機(jī)申請(qǐng)中斷,再至CPLD的Reset引腳，使其從地址00H開始存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù).

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬向單片機(jī)申請(qǐng)中斷,43安裝調(diào)試?yán)碚撛O(shè)計(jì)與實(shí)際工作之間；

單元電路和級(jí)連電路之間；

電路的實(shí)際負(fù)載能力。

5測(cè)試結(jié)果

5.1擬定測(cè)試方案方案的組成對(duì)測(cè)試儀器的精度要求安裝調(diào)試?yán)碚撛O(shè)計(jì)與實(shí)際工作之間；

445.2測(cè)試結(jié)果記錄(測(cè)試項(xiàng)目要針對(duì)設(shè)計(jì)要求)*單次和連續(xù)掃描*擴(kuò)展功能*雙蹤示波*垂直靈敏度*掃描速度5.3測(cè)試結(jié)果總評(píng)價(jià)(誤差≤5%實(shí)事求是、中肯)5測(cè)試結(jié)果

5.2測(cè)試結(jié)果記錄(測(cè)試項(xiàng)目要針對(duì)設(shè)計(jì)要求)5456小結(jié)（1）模擬電路部分設(shè)計(jì)較合理；（2）兩層控制；（3）充分利用片內(nèi)存儲(chǔ)器；（4）充分利用新穎電子技術(shù)。7展望

（1）采用程控電阻（2）擴(kuò)展功能的再擴(kuò)展，利用雙掃描和CRT的Z通道（3）數(shù)字信號(hào)處理6小結(jié)46電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是一項(xiàng)千軍萬(wàn)馬的活動(dòng)，讓我們?cè)诓煌膷徫簧瞎餐?！電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽47有關(guān)現(xiàn)代顯示技術(shù)掃描顯示光柵顯示點(diǎn)陣顯示顯示方式用途顯示器件掃描顯示示波器、掃頻儀、頻譜分析儀CRT光柵顯示掃頻儀CRT點(diǎn)陣顯示示波器、掃頻儀、頻譜分析儀LCD本賽題是:CRT掃描顯示電子測(cè)量的一種典型技術(shù)有關(guān)現(xiàn)代顯示技術(shù)顯示方式用途顯示48賽題任務(wù)書

一任務(wù):設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器(簡(jiǎn)易DSO)賽題任務(wù)書一任務(wù):設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器49

二要求

(1)信號(hào)頻率：DC~50kHz，Ri>100kΩ；(2)垂直：32級(jí)/div，水平20點(diǎn)/div，屏幕面積8×10div2；(3)垂直靈敏度：0.1V/div，1V/div，誤差≤5%

；(4)水平掃速：0.2s/div，0.2ms/div，20μs/div，誤差≤5%；(5)單次觸發(fā)、擴(kuò)展、內(nèi)觸發(fā)、上升沿、電平可調(diào)；(6)顯示波形無(wú)明顯失真。1.基本要求賽題任務(wù)書二要求(1)信號(hào)頻率：DC~50kHz，50賽題任務(wù)書——要求2.發(fā)揮部分（1）連續(xù)觸發(fā)存儲(chǔ)方式，并有“鎖存功能”；（2）雙蹤顯示；（3）水平移動(dòng)擴(kuò)展一倍；（4）垂直靈敏度0.01V/div，低輸入噪聲電壓。賽題任務(wù)書賽題任務(wù)書——要求2.發(fā)揮部分賽題任務(wù)書51主要內(nèi)容:*對(duì)賽題要求的分析*方案討論*部分電路設(shè)計(jì)及模擬*安裝調(diào)試*測(cè)試結(jié)果*小結(jié)*展望簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)（解析）主要內(nèi)容:簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)52(1)工作流程：采集、存儲(chǔ)、顯示。

具有：A/D、RAM、D/A等主要器件；(2)內(nèi)觸發(fā)上升沿、觸發(fā)電平可調(diào)；

掃描速度0.2s/div，0.2ms/div，20μs/div；

垂直靈敏度0.1V/div，1V/div，0.01V/div，

連續(xù)、移動(dòng)擴(kuò)展、雙蹤。

要具有控制功能

1.控制器2.人機(jī)接口1.對(duì)賽題要求的分析(1)工作流程：采集、存儲(chǔ)、顯示。1.對(duì)賽題要求的分53（3）簡(jiǎn)易DSO組成框圖1.對(duì)賽題要求的分析Y通道包括前向通道和后向通道（3）簡(jiǎn)易DSO組成框圖1.對(duì)賽題要求的分析Y通道包括前542.方案討論2.1采樣方式的選擇

實(shí)時(shí)采樣和等效時(shí)間采樣題中要求信號(hào)DC~50kHz，樣點(diǎn)直接恢復(fù)方式為20點(diǎn)/周期，采速高達(dá)1000kHz(1μs)，A/D轉(zhuǎn)換速率1Ms/s采用實(shí)時(shí)采樣方式

2.方案討論2.1采樣方式的選擇題中要求信號(hào)DC~555*對(duì)控制器的要求

采集速率：高達(dá)1000kHz(1μs)，低至20ms；（決定于掃描速度） 樣點(diǎn)恢復(fù)速率：10kHz； 程控增益：1V/div，0.1V/div，0.01V/div 雙蹤、擴(kuò)展…*三種方案(1)VLSI例如CPLD(2)MUC(3)MUC+CPLD 2.方案討論2.2控制器的選擇

*對(duì)控制器的要求 2.方案討論2.2控制器的選擇56選擇方案（3）MUC和CPLD控制器框圖：方案特點(diǎn)(1)速度快，煩瑣，難度大（2）速度不能達(dá)到采樣速率的要求（3）MUC和CPLD可以適當(dāng)分工，實(shí)現(xiàn)控制功能2.方案討論選擇方案（3）MUC和CPLD方案特572.3技術(shù)指標(biāo)初步分配（誤差是定量指標(biāo)）（1）信號(hào)通道 前向通道（采集、存儲(chǔ)）≤2.5% 后向通道（恢復(fù)）≤2% 2.5%+2%=4.5%≤5%（2）時(shí)基（時(shí)間基線、掃描速度） 控制信號(hào)（采樣時(shí)鐘）誤差忽略不計(jì) 掃描電壓及輸出電路≤2%2.方案討論2.3技術(shù)指標(biāo)初步分配（誤差是定量指標(biāo)）（1）信號(hào)通58簡(jiǎn)易DSO劃分為3個(gè)部分:

Y通道（前、后向通道）、X通道和控制器

3.1前向通道

*作用（初步構(gòu)思）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

S1校零，S2校滿度*內(nèi)容信號(hào)調(diào)理電路；低通濾波器；電平移位；前向通道通道性能分析；雙蹤顯示；觸發(fā)電路。簡(jiǎn)易DSO劃分為3個(gè)部分:

Y通道（前、后向通道）、X通道593.部分電路設(shè)計(jì)及模擬1）輸入電路

*要求:Ri’≥100kΩ，輸入噪聲電壓影響；*輸入電阻（阻抗）對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響Z越高，影響越小。

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬1）輸入電路60*輸入電路

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*取R≥100kΩ*運(yùn)算放大器LF353

初步核算：

輸入電阻Ri’=R//Ri≈R≈100kΩ；輸入端噪聲電壓3.6nV，而最高靈敏度時(shí)的測(cè)量分辨力為312μV，3.6nV《312μV*輸入電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*取R≥100612）信號(hào)調(diào)理電路

*作用使信號(hào)符合A/D輸入的要求（預(yù)計(jì)A/D輸入≤2V）

*增益計(jì)算輸入幅度靈敏度×8div8V，0.8V，0.08增益0.25，2.5，25

（由程控實(shí)現(xiàn)）*電路圖3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬2）信號(hào)調(diào)理電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬62*有關(guān)解釋程控開關(guān)Sn必須是模擬開關(guān)，選擇集成開關(guān)MAX4501；增益調(diào)節(jié)電阻Rnn，模擬開關(guān)的內(nèi)阻計(jì)人其中；補(bǔ)償電容改善通道頻響特性3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*有關(guān)解釋3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬633）低通濾波器

*作用：抗混迭

采樣信號(hào)的頻譜混迭現(xiàn)象及改善方法3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

*抗混迭濾波器電路

3）低通濾波器

*作用：抗混迭

64*有關(guān)解釋運(yùn)算放大器構(gòu)成有源低通濾波器；二階Butterworth低通濾波器.

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*有關(guān)解釋3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬654）電平移位電路假設(shè)A/D要求+極性輸入電壓，而此前電路輸出±極性電壓。5）前向通道性能分析*目的：階段性小結(jié)*內(nèi)容：頻率特性的模擬；元器件參數(shù)的影響；

環(huán)境溫度的影響。

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬4）電平移位電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬66前向通道頻率特性的模擬

（用EWB對(duì)程控增益放大器和低通濾波器模擬分析）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

結(jié)果-3dB帶寬80kHz〉50kHz滿足設(shè)計(jì)要求前向通道頻率特性的模擬

（用EWB對(duì)程控增益放大器和低通濾波676）雙蹤示波器的實(shí)現(xiàn)*樣點(diǎn)采集次序交替、斷續(xù)考慮最慢采樣速率20ms/點(diǎn)，選擇斷續(xù)方式*樣點(diǎn)數(shù)/頁(yè)20點(diǎn)/div×10div=200點(diǎn)（256）擴(kuò)展方式200×2=400點(diǎn)（512）*電路方案

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬選擇方法二6）雙蹤示波器的實(shí)現(xiàn)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬選擇方法二687）觸發(fā)電路*要求：內(nèi)觸發(fā)、正沿、觸發(fā)電平可以調(diào)節(jié)；*電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬說(shuō)明：

觸發(fā)信號(hào)來(lái)自A通道；采用比較器，比較電平的極性為+、可以調(diào)節(jié)；輸出為下降沿，向單片機(jī)申請(qǐng)中斷（）。7）觸發(fā)電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬說(shuō)明：693.2信號(hào)的采樣、量化、存儲(chǔ)(DSO的基本技術(shù)）1）采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）A/D的技術(shù)要求（1）轉(zhuǎn)換速率20μs/div1

μs/點(diǎn)

1Ms/s

（2）量化位數(shù)

32級(jí)/div×8=256級(jí)/8div 256=28

8bit

量化誤差1LSB=1/280.4%（3）輸入幅度

+（0---2）V

選擇：TLC55103.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3.2信號(hào)的采樣、量化、存儲(chǔ)(DSO的基本技術(shù)）3.70關(guān)于TLC5510①內(nèi)含S/H；②為半閃爍結(jié)構(gòu)（flash)，兩個(gè)4bit并行A/D組合為8bit轉(zhuǎn)換速率20Ms/s；③輸入信號(hào)+（0–2）V；④基準(zhǔn)電壓+2V等等

TLC5510內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬關(guān)于TLC55103.部分電路設(shè)計(jì)及模擬712）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器要求：存儲(chǔ)容量單蹤512byte，雙蹤1024byte；寫速率1μs/點(diǎn)；RAM或FIFO或雙口RAM。3）電路方案

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬雙A/D，RAM實(shí)現(xiàn)雙蹤要求2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬雙A/D，RAM723.3后向通道

1)設(shè)計(jì)要求將數(shù)字信號(hào)(RAM中的數(shù)據(jù))恢復(fù)為模擬信號(hào)并作為通用示波器的Y輸入信號(hào)(8V)，A、B信號(hào)從同一個(gè)Y端輸入。要考慮的問(wèn)題：信號(hào)恢復(fù)電路及器件選擇，同步掃描電壓，雙蹤顯示。

2）信號(hào)恢復(fù)采用器件D/A恢復(fù)速率選擇宜人的觀察速率10kHz100μs/點(diǎn)

256點(diǎn)×100μs/點(diǎn)=25.6ms(40次/秒）這樣可以免除的高速D/A的要求（是DSO的優(yōu)點(diǎn)）；D/A選擇DAC0832。3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3.3后向通道3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬733）同步掃描電壓設(shè)計(jì)*同步作用顯示穩(wěn)定的信號(hào)波形3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬

*同步掃描電壓設(shè)計(jì)兩種產(chǎn)生掃描電壓的方法：通用示波器掃描電壓(要同步信號(hào)) 簡(jiǎn)易DSO產(chǎn)生 選擇由簡(jiǎn)易DSO產(chǎn)生3）同步掃描電壓設(shè)計(jì)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*74*掃描電壓的產(chǎn)生用D/A產(chǎn)生

D/A選擇DAC0832（與信號(hào)恢復(fù)器件一致）

D/A輸入數(shù)據(jù)為8bit（00—FF）H遞增，（實(shí)際為階梯波而不是斜波）關(guān)于擴(kuò)展顯示的信號(hào)恢復(fù)

①基本思想3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*掃描電壓的產(chǎn)生3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬75恢復(fù)的數(shù)據(jù)在兩個(gè)頁(yè)面中取連續(xù)的256點(diǎn)掃描電壓與前相同

因此，擴(kuò)展顯示是移動(dòng)地在兩個(gè)頁(yè)面中顯示一個(gè)頁(yè)面，關(guān)鍵是控制電路和軟件。4）雙蹤顯示要求：…問(wèn)題：A、B兩個(gè)信號(hào)恢復(fù)后的顯示如圖（a)所示，不便于觀察。實(shí)際要求將A、B兩個(gè)信號(hào)分別顯示在通用示波器屏幕的上下方，如圖（b)所示，要求進(jìn)行光跡分離。3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬光跡分離兩種方法：電平位移；數(shù)據(jù)處理?；謴?fù)的數(shù)據(jù)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬光跡分離兩種方法：765）數(shù)據(jù)恢復(fù)電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬有關(guān)解釋：

①D/AYA、D/AYA和D/AX分別用于恢復(fù)A、B信號(hào)和產(chǎn)生掃描電壓②AY和AX為Y和X的輸出電路.

③在同一地址的A、B數(shù)據(jù)分時(shí)地進(jìn)行恢復(fù)，否則兩信號(hào)的光跡要重疊。5）數(shù)據(jù)恢復(fù)電路773.4控制器的設(shè)計(jì)控制器的作用控制、數(shù)據(jù)處理；控制器的組成控制器自身、人機(jī)接口。

1）鍵盤性質(zhì)矩陣掃描非編碼鍵盤組成（8個(gè)鍵）3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3.4控制器的設(shè)計(jì)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬78對(duì)鍵盤的解釋：

（1）按下的鍵狀態(tài)為“0”；（2）s/div和V/div為+1鍵編碼關(guān)系見(jiàn)表6.1；（3）默認(rèn)的儀器工作狀態(tài)：0.2ms/div、0.1V/div；（4）擴(kuò)展移動(dòng)鍵每按一次+5；（5）底層控制器（CPLD）掃描鍵盤，有鍵按下時(shí)向頂?shù)讓涌刂破鳎▎纹瑱C(jī)）申請(qǐng)中斷（）；（6）儀器的復(fù)位鍵（RESET）不屬于鍵盤管理。

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬對(duì)鍵盤的解釋：3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬793）控制器的硬件設(shè)計(jì)

（1）DSO的操作時(shí)序

鍵盤輸入(相關(guān)設(shè)置)啟動(dòng)等待觸發(fā)儀器操作（采集、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)恢復(fù)、顯示）見(jiàn)圖6.20，例如

3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬3）控制器的硬件設(shè)計(jì)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬80（2）控制信號(hào)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬種類用途來(lái)源靜態(tài)信號(hào)校零輸入短路CPLD校滿度輸入端接0.8VCPLD程控增益和掃描速度分別接通增益和選擇時(shí)鐘CPLD

動(dòng)

態(tài)

信

號(hào)開始寫數(shù)據(jù)RAMa和RAMb地址為00HCPLD停止寫數(shù)據(jù)RAMa和RAMb地址為FFH或1FFHCPLD數(shù)據(jù)處理將零點(diǎn)偏移、滿度校準(zhǔn)以及光跡分離量計(jì)入采集數(shù)據(jù)單片機(jī)和CPLD啟動(dòng)顯示從RAM讀數(shù)據(jù)至D/A單片機(jī)和CPLD

擴(kuò)展顯示選擇數(shù)據(jù)的起點(diǎn)地址X單片機(jī)和CPLD鎖存顯示不再采集數(shù)據(jù)，繼續(xù)顯示單片機(jī)和CPLD雙蹤顯示A、B信號(hào)同時(shí)顯示單片機(jī)和CPLD單次觸發(fā)只產(chǎn)生一次觸發(fā)掃描單片機(jī)和CPLD（2）控制信號(hào)3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬種類用途來(lái)源靜校81（3）控制器件的選擇

MUCAT89C52CPLDACEX1K10

AT89C528bit12MHz、8kbyteEEPROM、256byteRAMACEX1K103.5ns時(shí)鐘I/OEBA(512byte)(可以在線編程）

從存儲(chǔ)器的配置來(lái)說(shuō)，如此選擇是極其有利的

（4）控制器電路圖3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬（3）控制器件的選擇3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬823.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*底層控制器電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*底層控制器電路833.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*頂層控制器電路3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*頂層控制器電路84①兩層控制器總線連接（PartA）鎖存器連接直接連接3.部分電路設(shè)計(jì)及模擬*對(duì)控制電路的說(shuō)明CPLD部分

②時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路（PartB）

時(shí)鐘信號(hào)種類：輸入10MHz；3種采樣時(shí)鐘（由掃選擇）和100Hz；選擇時(shí)鐘的編碼自PartD①兩層控制器總線連接（PartA）3.部分電路設(shè)85

信號(hào)采集