简易数字示波器ppt课件

1、有关现代显示技术扫描显示 光栅显示 点阵显示显示方式 用 途显示器件扫描显示示波器、扫频仪、频谱分析仪CRT光栅显示扫频仪CRT点阵显示示波器、扫频仪、频谱分析仪LCD本赛题是:CRT扫描显示电子丈量的一种典型技术赛题义务书 一 义务:设计一简易数字存储示波器 ( 简易DSO ) 二 要求 (1) 信号频率： DC50kHz， Ri100k ； (2) 垂直： 32级/div， 程度20点/div， 屏幕面积 810 div2 ； (3) 垂直灵敏度：0.1V/div，1V/div，误差5% ； (4) 程度扫速： 0.2s/div，0.2ms/div，20s/div， 误差5%； (5) 单

2、次触发、扩展、内触发、上升沿、电平可调； (6) 显示波形无明显失真。1. 根本要求 赛题义务书赛题义务书赛题义务书要求要求2. 发扬部分 1延续触发存储方式，并有“锁存功能； 2双踪显示； 3程度挪动扩展 一倍； 4垂直灵敏度 0.01V/div，低输入噪声电压。赛题义务书主要内容:* 对赛题要求的分析* 方案讨论* 部分电路设计及模拟* 安装调试* 测试结果* 小结* 展望简易数字存储示波器设计 解析(1) 任务流程：采集、存储、显示。 具有：A/D、RAM、D/A等主要器件；(2) 内触发上升沿、触发电平可调； 扫描速度 0.2s/div，0.2ms/div，20 s/div； 垂直灵敏

3、度0.1V/div， 1V/div， 0.01V/div， 延续、挪动扩展、双踪。 要具有控制功能 1.控制器 2. 人机接口1. 对赛题要求的分析对赛题要求的分析3简易DSO组成框图1. 对赛题要求的分析Y通道包括前向通道和后向通道2. 方案讨论方案讨论2.1 采样方式的选择 实时采样和等效时间采样题中要求信号DC50kHz，样点直接恢复方式为20点/周期，采速高达1000kHz(1 s)，A/D转换速率1Ms/s采用实时采样方式* 对控制器的要求 采集速率： 高达1000kHz(1 s)， 低至 20ms； 决议于扫描速度 样点恢复速率：10kHz； 程控增益： 1V/div，0.1V/d

4、iv，0.01V/div 双踪、扩展* 三种方案(1) VLSI 例如 CPLD(2) MUC(3) MUC+CPLD2. 方案讨论2.2 控制器的选择选择方案3 MUC和CPLD控制器框图：方案 特 点 (1) 速度快，烦琐，难度大（2） 速度不能达到采样速率的要求（3） MUC和CPLD可以适当分工，实现控制功能2. 方案讨论2.3 技术目的初步分配误差是定量目的1 信号通道 前向通道采集、存储2.5% 后向通道恢复 2% 2.5% + 2% = 4.5% 5%2 时基时间基线、扫描速度 控制信号采样时钟误差忽略不计 扫描电压及输出电路 2%2. 方案讨论简易DSO划分为3个部分:Y 通道

5、前、后向通道、X通道和控制器3.1 前向通道* 作用 初步构思3. 部分电路设计及模拟部分电路设计及模拟 S1 校零，S2校满度* 内容 信号调理电路； 低通滤波器；电平移位； 前向通道通道性能分析；双踪显示；触发电路。3. 部分电路设计及模拟1输入电路 * 要求: Ri100k，输入噪声电压影响； * 输入电阻阻抗对被测系统的影响 Z越高，影响越小。 * 输入电路 3. 部分电路设计及模拟* 取R 100k*运算放大器LF353 初步核算： 输入电阻 Ri =R/ Ri R 100k； 输入端噪声电压 3.6nV， 而最高灵敏度时的丈量分辨力为 312V， 3.6nV 312V2 信号调理电

6、路 * 作用 使信号符合A/D输入的要求 估计A/D输入2V * 增益计算 输入幅度 灵敏度8div 8V， 0.8V， 0.08 增益 0 . 25， 2 . 5， 25 由程控实现 * 电路图3. 部分电路设计及模拟* 有关解释 程控开关Sn 必需是模拟开关，选择集成开关MAX4501； 增益调理电阻Rnn ，模拟开关的内阻计人其中； 补偿电容 改善通道频响特性3. 部分电路设计及模拟3低通滤波器* 作用：抗混迭 采样信号的频谱混迭景象及改善方法3. 部分电路设计及模拟* 抗混迭滤波器电路* 有关解释 运算放大器构成有源低通滤波器； 二阶Butterworth低通滤波器. 3. 部分电路设

7、计及模拟4电平移位电路 假设A/D要求+极性输入电压，而此前电路输出极性电压。5前向通道性能分析 * 目的：阶段性小结 * 内容：频率特性的模拟； 元器件参数的影响； 环境温度的影响。 3. 部分电路设计及模拟前向通道频率特性的模拟用EWB对程控增益放大器和低通滤波器模拟分析3. 部分电路设计及模拟 结果 -3dB带宽80kHz50kHz 满足设计要求6双踪示波器的实现* 样点采集次序 交替、断续 思索最慢采样速率 20ms/点，选择断续方式* 样点数/页 20点/div 10div=200点256 扩展方式 200 2=400点512* 电路方案 3. 部分电路设计及模拟选择方法二7触发电路

8、 * 要求： 内触发、正沿、触发电平可以调理； * 电路3. 部分电路设计及模拟阐明： 触发信号来自A通道； 采用比较器，比较电平的极性为+、可以调理； 输出为下降沿，向单片机恳求中断 。3.2 信号的采样、量化、存储 (DSO的根本技术1 采样和模数转换器A/D A/D的技术要求 1 转换速率 20 s/div 1 s/点 1 Ms/s 2量化位数 32级/div 8=256级/8div256=28 8bit 量化误差 1LSB=1/28 0.4% 3输入幅度 + 0-2V选择：TLC55103. 部分电路设计及模拟关于TLC5510 内含S/H； 为半闪烁构造flash) ，两个4bit并

9、行A/D组合为8 bit 转换速率20 Ms/s； 输入信号 +0 2V； 基准电压 + 2V 等等 TLC5510内部电路构造3. 部分电路设计及模拟2 数据存储器 要求： 存储容量 单踪 512 byte，双踪 1024 byte； 写速率 1 s/点 ； RAM 或 FIFO或双口RAM。 3电路方案 3. 部分电路设计及模拟双A/D，RAM 实现双踪要求3.3 后向通道 1) 设计要求 将数字信号(RAM中的数据)恢复为模拟信号并作为通用示波器 的Y 输入信号(8V)， A、B信号从同一个Y端输入。 要思索的问题：信号恢复电路及器件选择，同步扫描电压，双 踪显示。 2信号恢复 采用器件

10、 D/A 恢复速率 选择宜人的察看速率10kHz 100 s/点 256点 100 s/点=25.6 ms (40次/秒 这样可以免除的高速D/A的要求是DSO的优点； D/A 选择 DAC0832。3. 部分电路设计及模拟3 同步扫描电压设计 * 同步作用 显示稳定的信号波形3. 部分电路设计及模拟 * 同步扫描电压设计 两种产生扫描电压的方法： 通用示波器扫描电压(要同步信号) 简易DSO产生选择由简易DSO产生* 扫描电压的产生 用D/A产生 D/A选择 DAC0832 与信号恢复器件一致 D/A输入数据为8 bit 00FFH递增， 实践为阶梯波而不是斜波 关于扩展显示的信号恢复 根本

11、思想3. 部分电路设计及模拟w恢复的数据w 在两个页面中取延续的256点w扫描电压 与前一样w 因此，扩展显示是挪动地在两个页面中显示一个页面，关键是控制电路和软件。w4双踪显示w 要求：w 问题： A、B两个信号恢复后的显示如图a)所示，不便于察看。实践要求将A、B两个信号分别显示在通用示波器屏幕的上下方，如图b)所示，要求进展光迹分别。3. 部分电路设计及模拟光迹分别两种方法： 电平位移；数据处置。5 数据恢复电路 3. 部分电路设计及模拟有关解释： D/A YA 、D/A YA 和D/A X 分别用于恢复 A、B信号和产生扫描电压 A Y和A X为Y和X的输 出电路. 在同一地址的A、

12、B数据分时地进展恢 复，否那么两信号的光 迹要重叠。3.4 控制器的设计 控制器的作用 控制、数据处置； 控制器的组成 控制器本身、人机接口。 1 键盘 性质 矩阵扫描非编码键盘 组成 8个键 3. 部分电路设计及模拟对键盘的解释： 1按下的键形状为“0； 2s/div和V/div为+1键 编码关系见表6.1； 3默许的仪器任务形状：0.2ms/div 、0.1V/div； 4扩展挪动键每按一次+5； 5底层控制器CPLD扫描键盘，有键按下时向顶底层控制器 单片机恳求中断 ； 6仪器的复位键RESET不属于键盘管理。 3. 部分电路设计及模拟3控制器的硬件设计 1 DSO的操作时序 键盘输入

13、(相关设置)启动 等待触发 仪器操作采集、 存储、数据处置、信号恢复、显示 见图6.20，例如 3. 部分电路设计及模拟2 控制信号3. 部分电路设计及模拟种类用途来源静态信号校零输入短路CPLD校满度输入端接0.8VCPLD程控增益和扫描速度分别接通增益和选择时钟CPLD 动 态 信 号开场写数据RAMa和RAMb地址为 00HCPLD停顿写数据RAMa和RAMb地址为 FFH 或1FFHCPLD数据处置将零点偏移、满度校准以及光迹分别量计入采集数据单片机和CPLD 启动显示从RAM读数据至D/A单片机和CPLD 扩展显示选择数据的起点地址X单片机和CPLD 锁存显示不再采集数据，继续显示单

14、片机和CPLD 双踪显示A、B信号同时显示单片机和CPLD 单次触发只产生一次触发扫描单片机和CPLD 3 控制器件的选择 MUC AT89C52 CPLD ACEX1K10 AT89C52 8bit 12MHz 、 8kbyte EEPROM 、 256byte RAM ACEX1K10 3.5ns 时钟 I/O EBA(512byte) (可以在线编程 从存储器的配置来说，如此选择是极其有利的 4控制器电路图3. 部分电路设计及模拟3. 部分电路设计及模拟* 底层控制器电路3. 部分电路设计及模拟* 顶层控制器电路 两层控制器总线衔接Part A 锁存器衔接 直接衔接3. 部分电路设计及模

15、拟* 对控制电路的阐明 CPLD部分 时钟信号产生电路Part B 时钟信号种类： 输入 10MHz； 3种采样时钟由扫选择和100Hz； 选择时钟的编码自PartD 信号采集时： 数据来自A/D； Reset 开场存储00H； 写时钟来自PartB。 信号恢复时： 读时钟自单片机； 读允许信号自PartD ； 读出数据经过数据选择器 至单片机。3. 部分电路设计及模拟数据存储器Part C锁存器a) 输出时钟选择码；锁存器b) 输出产生扫描电压 的数据；锁存器c) 至前向通道控制开关；缓冲器d) 传送键值编码 它们的选通由单片机 P1口经过实现3. 部分电路设计及模拟 有关的控制信号Part

16、 D 扫描时钟100Hz，自Part B； 输出行扫描信号，读入列信号，输 出键值编码，至Part D； 向单片机恳求中断 。 3. 部分电路设计及模拟 键盘扫描电路Part E* 对控制电路的阐明 单片机部分w显示器是其外设；w与CPLD 的衔接是P0、P1口；w键盘中断优线于触发中断；w输出信号恢复和产生扫描电压的数据；w单片机的有关设定w P1口，表6.4w 内RAM的设定，表6.5w 前向通道的控制信号，表6.6w 补充阐明：w 扫描速度为0.2s/div时，每采样一点就显示一次，否那么要产生 w 闪烁景象。w4) 控制器的软件设计 (根据DSO的任务过程编写)w 自顶向下，充分利用子程序和中断功能w 一个主程序和两个中断子程序w 3. 部分电路设计及模拟3. 部分电路设计及模拟 向单片机恳求中断,再至CPLD的Reset引脚，使其从地址00H开场存储采集的数据. 安装调试安装调试 实际设计与实践实际设计与实践任务之间；任务之间； 单单元电路和级连电路之间；元电路和级连电路之间； 电电路的实践负载才干。路的实践负载才干。 5 测试结果测试结果 5.1 拟定测试方拟定测试方案案方案的组成对测试仪器的精度要求5.2 测试结果记录 (测试工程要针对设计要求) * 单次和延续扫描 * 扩展功能 * 双踪示波 * 垂直灵敏度 * 扫描速度5.3