一种新型高效数字示波器的制造方法
一种新型高效数字示波器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及示波器技术领域，尤其是涉及一种新型高效数字示波器。
【背景技术】
[0002]在电子测量仪器中，示波器所占的地位是非常重要的。对于电量和许多非电量的测试来说，是一种主要的、通用的测量工具。随着科技及市场需求的快速发展，工程师们需要最好的工具，迅速准确地解决面临的测量挑战。
[0003]作为工程师的眼睛，数字示波器在迎接当前棘手的测量挑战中至关重要。数字存储示波器是随着数字电路的发展而发展起来的一种具有存储功能的新型示波器。然而大多数数字示波器价格比较昂贵，并且操作繁琐，使得广大电子爱好者购买力不从心，而且在使用数字示波器时经常被各种复杂的开关和旋钮搞得头晕脑胀。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型高效数字示波器，本实用新型能够满足大部分电子设计和测量的要求，测量精度高，经济实惠，并且舍弃了各种复杂的开关和旋钮，采用键盘的复用来达到调节参数的目的，设计简单，操作简单方便。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种新型高效数字示波器，其特征在于:包括探头、与探头输出端连接的程控放大器、与程控放大器输出端连接的高速AD转换模块，所述程控放大器还与单片机控制电路相连接，所述高速AD转换模块输出端与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路输入端还与按键模块连接，所述单片机控制电路输出端还与IXD显示电路连接。
[0006]上述的一种新型高效数字示波器，所述程控放大器由信号衰减电路和信号放大电路组成。
[0007]上述的一种新型高效数字示波器，所述高速AD转换模块为8位高速AD转换器TLC5510。
[0008]上述的一种新型高效数字示波器，所述单片机控制电路选用ATMEL公司的AVR单片机 Megal6A。
[0009]上述的一种新型高效数字示波器，所述IXD显示电路采用12864图形化液晶显示电路。
[0010]上述的一种新型高效数字示波器，所述程控放大器与单片机控制电路之间还连接有整形电路。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型能够对输入信号的波形进行准确的测量，并能够在液晶显示屏上显示出来。
[0013]2、本实用新型能够对输入信号的频率进行准确的测量，保证频率不发生大的误差，能够当作一台频率计来使用。
[0014]3、本实用新型可以对示波器的垂直灵敏度和水平采样速率进行调节，使示波器对于输入信号的测量更加准确。
[0015]4、本实用新型可以对输入信号进行保存，按下冻结键，使示波器进入冻结模式，能够将波形信号存储起来，然后通过对水平方向和垂直方向的调节可以使波形信号分别左右、上下移动，可以观察到波形的各个阶段的信息。
[0016]5、本实用新型有耦合方式和触发模式两种选择，有直流耦合和交流耦合两种工作方式，在直流成分大交流成分小的情况下可以采用交流耦合方式，触发模式可选择为上升沿触发和下降沿触发，功能多样，使用灵活。
[0017]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的高效数字示波器总体结构框图；
[0019]图2为本实用新型的信号衰减电路原理图；
[0020]图3为本实用新型的信号放大电路原理图；
[0021]图4为本实用新型的AD转换模块电路原理图；
[0022]图5为本实用新型的单片机控制电路原理图；
[0023]图6为本实用新型的IXD显示电路原理图；
[0024]图7为本实用新型的整形电路原理图。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，一种新型高效数字示波器，包括探头1、与探头I输出端连接的程控放大器2、与程控放大器2输出端连接的高速AD转换模块3，所述程控放大器2还与单片机控制电路5相连接，所述高速AD转换模块3输出端与单片机控制电路5连接，所述单片机控制电路5输入端还与按键模块4连接，所述单片机控制电路5输出端还与LCD显示电路6连接。
[0026]本实施例中，所述程控放大器2由信号衰减电路和信号放大电路组成。
[0027]信号衰减电路如图2所示，在设计示波器的过程中，有时候输入信号的幅度过大时，会导致示波器损坏，为了使输入的信号与示波器的范围相匹配，那么我们有时候需要将输入的信号进行衰减后再进行测量。进行信号衰减的方法有很多，一般常用的方法就是进行电阻分压，本实施例采用此种方式。
[0028]在图2中被测信号从SMB插孔输入，SI继电器决定输入耦合方式，SO吸合为交流偶和方式，SI断开为直流耦合方式。信号通过交直流耦合选择开关后被送入由R11-R14和C12-C14组成的1/0.1的衰减电路，衰减倍数由S3继电器控制，当S3未吸合时，对应的衰减倍率为100K/(909K+100K) = 0.1，当S3吸合时，对应的衰减倍率为1，经过衰减的输入信号进入由运算放大器U3A组成的缓冲器缓冲然后被送入放大电路。
[0029]信号放大电路如图3所示，在示波器设计的过程中，有的输入信号幅度过小的话，会导致信号采集不准确，为了使输入的信号与示波器的范围相匹配的话，我们就要将输入的小信号进行放大处理，本设计采用由高速运算放大器组成的同相比例运算放大器来实现信号的放大。
[0030]图3中，衰减开关选择衰减比，可以是I或1/10，对应的刻度分别是0.1V和IV。倍率开关实际也是改变衰减比，它可以选择1、1/2和1/5，分别对应于倍率1、2和5，因为当一个信号被衰减了 N倍，那么屏幕上纵坐标的一格所对应信号幅度就扩大了 N倍。两个开关的组合决定了整个模拟通道的总放大倍数，对应的刻度范围分别是0.1,0.2,0.5、1、2和5，与此同时由U3B送来的基线电压经过放大后作为AD转换器的输入中点电压被叠加在被测信号上被送入AD转换器，调节VPOS端的占空比能得到不同的基线电压值。
[0031]AD信号采集电路如图4所示，数字示波器中最重要的电路是AD转换电路，它的作用是将被测信号采样并转换成数字信号存入存储器，是整个示波器的咽喉部分，因为它直接决定着数字示波器所能测量的最高频率，根据乃奎斯特定理，采样频率至少是被测信号最高频率的2倍才能复现出被测信号。而在数字示波器中采样频率至少应该是被测信号频率的5-8倍才行，否则根本观察不到信号的波形。所以在本电路中选用的AD转换芯片为8位高速AD转换器TLC5510，最高采样率为20MSa/s，完全适应设计的数字示波器电路。
[0032]主控制核心电路如图5所示，所述单片机控制电路5选用ATMEL公司的AVR单片机Megal6A，与51单片机相比AVR单片机具有更高的工作频率与更高效率的硬件结构，它的指令周期就是晶体振荡器的振荡周期，有32个类似与累加器Acc的寄存器直接和运算器相连，取址周期短，又可预取指令实现流水作业，故可高速执行指令。官方给出的最高速度为8MHz，但在实际使用中工作在16MHz也很稳定，所以用该单片机做显示处理非常合适。
[0033]如图6所示，所述IXD显示电路6采用12864图形化液晶显示电路，图形化的液晶能够处理显示汉字和图形，正适合用于输入信号波形的显示。
[0034]如图7所示，所述程控放大器2与单片机控制电路5之间还连接有整形电路。由于输入的测试信号形式多种多样，有可能是正弦波、三角波、锯齿波或者其他形式的波形，而单片机只能测量方波的频率，此时测量信号的频率时就需要将待测信号转换成方波，以供单片机测量信号的频率。
[0035]施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阈值电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
[0036]本实用新型工作原理:高效数字示波器主要由程控放大电路2、AD信号采集电路3、单片机控制电路5、LCD显示电路6、按键模块4五部分组成，输入信号先通过程控放大电路2将输入信号放大到AD信号采集电路3可以采集到的电压信号范围，然后将信号输入AD信号采集电路3，AD信号采集电路3与单片机控制电路5相连，AD信号采集电路3将采集到的数据发送给单片机控制电路5，单片机控制电路5处理采集到的信号的波形、频率等，然后将信号的波形、频率等相关信息在LCD显示电路6的显示屏上显示出来。另外，用户可通过按键模块4控制示波器的扫描速率、采样频率等相关变量。
[0037]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种新型高效数字示波器，其特征在于:包括探头(I)、与探头(I)输出端连接的程控放大器(2)、与程控放大器(2)输出端连接的高速AD转换模块(3)，所述程控放大器(2)还与单片机控制电路(5)相连接，所述高速AD转换模块(3)输出端与单片机控制电路(5)连接，所述单片机控制电路(5)输入端还与按键模块(4)连接，所述单片机控制电路(5)输出端还与IXD显示电路(6)连接。2.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述程控放大器(2)由信号衰减电路和信号放大电路组成。3.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述高速AD转换模块(3)为8位高速AD转换器TLC5510。4.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述单片机控制电路(5)选用ATMEL司的AVR单片机Megal6A。5.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述LCD显示电路(6)采用12864图形化液晶显示电路。6.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述程控放大器(2)与单片机控制电路(5)之间还连接有整形电路。
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型高效数字示波器，包括探头、与探头输出端连接的程控放大器、与程控放大器输出端连接的高速AD转换模块，程控放大器还与单片机控制电路相连接，高速AD转换模块输出端与单片机控制电路连接，单片机控制电路输入端还与按键模块连接，单片机控制电路输出端还与LCD显示电路连接。本实用新型能够满足大部分电子设计和测量的要求，测量精度高，经济实惠，并且舍弃了各种复杂的开关和旋钮，采用键盘的复用来达到调节参数的目的，设计简单，操作简单方便。
【IPC分类】G01R13/02
【公开号】CN204649818
【申请号】CN201520387880
【发明人】蒋继建, 王瑞祥
【申请人】菏泽学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月8日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及示波器技术领域，尤其是涉及一种新型高效数字示波器。
【背景技术】
[0002]在电子测量仪器中，示波器所占的地位是非常重要的。对于电量和许多非电量的测试来说，是一种主要的、通用的测量工具。随着科技及市场需求的快速发展，工程师们需要最好的工具，迅速准确地解决面临的测量挑战。
[0003]作为工程师的眼睛，数字示波器在迎接当前棘手的测量挑战中至关重要。数字存储示波器是随着数字电路的发展而发展起来的一种具有存储功能的新型示波器。然而大多数数字示波器价格比较昂贵，并且操作繁琐，使得广大电子爱好者购买力不从心，而且在使用数字示波器时经常被各种复杂的开关和旋钮搞得头晕脑胀。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种新型高效数字示波器，本实用新型能够满足大部分电子设计和测量的要求，测量精度高，经济实惠，并且舍弃了各种复杂的开关和旋钮，采用键盘的复用来达到调节参数的目的，设计简单，操作简单方便。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种新型高效数字示波器，其特征在于:包括探头、与探头输出端连接的程控放大器、与程控放大器输出端连接的高速AD转换模块，所述程控放大器还与单片机控制电路相连接，所述高速AD转换模块输出端与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路输入端还与按键模块连接，所述单片机控制电路输出端还与IXD显示电路连接。
[0006]上述的一种新型高效数字示波器，所述程控放大器由信号衰减电路和信号放大电路组成。
[0007]上述的一种新型高效数字示波器，所述高速AD转换模块为8位高速AD转换器TLC5510。
[0008]上述的一种新型高效数字示波器，所述单片机控制电路选用ATMEL公司的AVR单片机 Megal6A。
[0009]上述的一种新型高效数字示波器，所述IXD显示电路采用12864图形化液晶显示电路。
[0010]上述的一种新型高效数字示波器，所述程控放大器与单片机控制电路之间还连接有整形电路。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型能够对输入信号的波形进行准确的测量，并能够在液晶显示屏上显示出来。
[0013]2、本实用新型能够对输入信号的频率进行准确的测量，保证频率不发生大的误差，能够当作一台频率计来使用。
[0014]3、本实用新型可以对示波器的垂直灵敏度和水平采样速率进行调节，使示波器对于输入信号的测量更加准确。
[0015]4、本实用新型可以对输入信号进行保存，按下冻结键，使示波器进入冻结模式，能够将波形信号存储起来，然后通过对水平方向和垂直方向的调节可以使波形信号分别左右、上下移动，可以观察到波形的各个阶段的信息。
[0016]5、本实用新型有耦合方式和触发模式两种选择，有直流耦合和交流耦合两种工作方式，在直流成分大交流成分小的情况下可以采用交流耦合方式，触发模式可选择为上升沿触发和下降沿触发，功能多样，使用灵活。
[0017]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的高效数字示波器总体结构框图；
[0019]图2为本实用新型的信号衰减电路原理图；
[0020]图3为本实用新型的信号放大电路原理图；
[0021]图4为本实用新型的AD转换模块电路原理图；
[0022]图5为本实用新型的单片机控制电路原理图；
[0023]图6为本实用新型的IXD显示电路原理图；
[0024]图7为本实用新型的整形电路原理图。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，一种新型高效数字示波器，包括探头1、与探头I输出端连接的程控放大器2、与程控放大器2输出端连接的高速AD转换模块3，所述程控放大器2还与单片机控制电路5相连接，所述高速AD转换模块3输出端与单片机控制电路5连接，所述单片机控制电路5输入端还与按键模块4连接，所述单片机控制电路5输出端还与LCD显示电路6连接。
[0026]本实施例中，所述程控放大器2由信号衰减电路和信号放大电路组成。
[0027]信号衰减电路如图2所示，在设计示波器的过程中，有时候输入信号的幅度过大时，会导致示波器损坏，为了使输入的信号与示波器的范围相匹配，那么我们有时候需要将输入的信号进行衰减后再进行测量。进行信号衰减的方法有很多，一般常用的方法就是进行电阻分压，本实施例采用此种方式。
[0028]在图2中被测信号从SMB插孔输入，SI继电器决定输入耦合方式，SO吸合为交流偶和方式，SI断开为直流耦合方式。信号通过交直流耦合选择开关后被送入由R11-R14和C12-C14组成的1/0.1的衰减电路，衰减倍数由S3继电器控制，当S3未吸合时，对应的衰减倍率为100K/(909K+100K) = 0.1，当S3吸合时，对应的衰减倍率为1，经过衰减的输入信号进入由运算放大器U3A组成的缓冲器缓冲然后被送入放大电路。
[0029]信号放大电路如图3所示，在示波器设计的过程中，有的输入信号幅度过小的话，会导致信号采集不准确，为了使输入的信号与示波器的范围相匹配的话，我们就要将输入的小信号进行放大处理，本设计采用由高速运算放大器组成的同相比例运算放大器来实现信号的放大。
[0030]图3中，衰减开关选择衰减比，可以是I或1/10，对应的刻度分别是0.1V和IV。倍率开关实际也是改变衰减比，它可以选择1、1/2和1/5，分别对应于倍率1、2和5，因为当一个信号被衰减了 N倍，那么屏幕上纵坐标的一格所对应信号幅度就扩大了 N倍。两个开关的组合决定了整个模拟通道的总放大倍数，对应的刻度范围分别是0.1,0.2,0.5、1、2和5，与此同时由U3B送来的基线电压经过放大后作为AD转换器的输入中点电压被叠加在被测信号上被送入AD转换器，调节VPOS端的占空比能得到不同的基线电压值。
[0031]AD信号采集电路如图4所示，数字示波器中最重要的电路是AD转换电路，它的作用是将被测信号采样并转换成数字信号存入存储器，是整个示波器的咽喉部分，因为它直接决定着数字示波器所能测量的最高频率，根据乃奎斯特定理，采样频率至少是被测信号最高频率的2倍才能复现出被测信号。而在数字示波器中采样频率至少应该是被测信号频率的5-8倍才行，否则根本观察不到信号的波形。所以在本电路中选用的AD转换芯片为8位高速AD转换器TLC5510，最高采样率为20MSa/s，完全适应设计的数字示波器电路。
[0032]主控制核心电路如图5所示，所述单片机控制电路5选用ATMEL公司的AVR单片机Megal6A，与51单片机相比AVR单片机具有更高的工作频率与更高效率的硬件结构，它的指令周期就是晶体振荡器的振荡周期，有32个类似与累加器Acc的寄存器直接和运算器相连，取址周期短，又可预取指令实现流水作业，故可高速执行指令。官方给出的最高速度为8MHz，但在实际使用中工作在16MHz也很稳定，所以用该单片机做显示处理非常合适。
[0033]如图6所示，所述IXD显示电路6采用12864图形化液晶显示电路，图形化的液晶能够处理显示汉字和图形，正适合用于输入信号波形的显示。
[0034]如图7所示，所述程控放大器2与单片机控制电路5之间还连接有整形电路。由于输入的测试信号形式多种多样，有可能是正弦波、三角波、锯齿波或者其他形式的波形，而单片机只能测量方波的频率，此时测量信号的频率时就需要将待测信号转换成方波，以供单片机测量信号的频率。
[0035]施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阈值电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
[0036]本实用新型工作原理:高效数字示波器主要由程控放大电路2、AD信号采集电路3、单片机控制电路5、LCD显示电路6、按键模块4五部分组成，输入信号先通过程控放大电路2将输入信号放大到AD信号采集电路3可以采集到的电压信号范围，然后将信号输入AD信号采集电路3，AD信号采集电路3与单片机控制电路5相连，AD信号采集电路3将采集到的数据发送给单片机控制电路5，单片机控制电路5处理采集到的信号的波形、频率等，然后将信号的波形、频率等相关信息在LCD显示电路6的显示屏上显示出来。另外，用户可通过按键模块4控制示波器的扫描速率、采样频率等相关变量。
[0037]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种新型高效数字示波器，其特征在于:包括探头(I)、与探头(I)输出端连接的程控放大器(2)、与程控放大器(2)输出端连接的高速AD转换模块(3)，所述程控放大器(2)还与单片机控制电路(5)相连接，所述高速AD转换模块(3)输出端与单片机控制电路(5)连接，所述单片机控制电路(5)输入端还与按键模块(4)连接，所述单片机控制电路(5)输出端还与IXD显示电路(6)连接。2.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述程控放大器(2)由信号衰减电路和信号放大电路组成。3.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述高速AD转换模块(3)为8位高速AD转换器TLC5510。4.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述单片机控制电路(5)选用ATMEL司的AVR单片机Megal6A。5.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述LCD显示电路(6)采用12864图形化液晶显示电路。6.按照权利要求1所述的一种新型高效数字示波器，其特征在于:所述程控放大器(2)与单片机控制电路(5)之间还连接有整形电路。
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型高效数字示波器，包括探头、与探头输出端连接的程控放大器、与程控放大器输出端连接的高速AD转换模块，程控放大器还与单片机控制电路相连接，高速AD转换模块输出端与单片机控制电路连接，单片机控制电路输入端还与按键模块连接，单片机控制电路输出端还与LCD显示电路连接。本实用新型能够满足大部分电子设计和测量的要求，测量精度高，经济实惠，并且舍弃了各种复杂的开关和旋钮，采用键盘的复用来达到调节参数的目的，设计简单，操作简单方便。
【IPC分类】G01R13/02
【公开号】CN204649818
【申请号】CN201520387880
【发明人】蒋继建, 王瑞祥
【申请人】菏泽学院
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月8日
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