基于单片机数字示波器的设计
基于单片机和CPLD的数字存储示波器设计
简易数字存储示波器设计摘要本次设计基于数字示波器原理，以高速转换器件、CPLD和单片机为核心，结合直接存储器存取(DMA)技术，设计制作完成了简易数字存储示波器。
此数字示波器具有实时单、双踪显示和存储、连续回放显示功能。
整个设计实现了数字存储示波器的所有功能指标。
关键字：数字存储示波器，高速A/D、D/A转换器一、方案设计和论证数字存储示波器可以方便地对模拟信号进行采集和存储，并能利用微处理器对存储的数据作进一步处理，具有单踪、双踪实时显示和存储显示两种模式。
高速数据采集、存储、回放及触发电平调节是本设计的难点和重点。
下面就对这几个重要环节做论证和比较：1.数据采集方案一：采用中高速A/D转换器，由单片机控制对模拟信号进行采集。
限于单片机的工作频率，仅可采集低于5KHz的信号；对于更高频率的信号，虽然经处理后也能采集，但过程比较复杂。
本设计不采用此方案。
方案二：用CPLD控制高速A/D转换器采集模拟信号。
CPLD的工作时钟频率可达几十兆赫兹，完全可以控制高速A/D转换器对的高频信号进行实时采样。
只要A/D转换器的速度跟得上，可以实现对上兆的信号的采样。
本设计采用此方案。
2.数据存储方案一：采用双口RAM存储采样量化后的波形数据。
虽然控制和存储都很方便，但是本地根本买不到，所以本设计不采用此方案。
方案二：采用普通RAM存储采样量化后的波形数据。
虽然软硬件都比采用双口RAM 复杂，但是双口RAM不是哪里都能买到的，这也不失为一种替代的好方法。
本设计就采用此方案。
3.双踪显示方案一：用两片A/D转换器、两片存储器和两片D/A转换器，分别对两路模拟信号进行采样、存储和回放。
双踪显示时，只需要轮流切换两路输出信号，就可以实现双踪显示。
但是此方案①成本很高；②要做两路控制，软硬件相对更加复杂，本设计不采用此方案。
方案二：用一片A/D转换器、一片存储器和一片D/A转换器，以高速率切换模拟开关实现对两路模拟信号的采集。
单片机的简易数字示波器的研究与设计开发
方程段 11 部分 1方程段 11 部分 1华北理工大学轻工学院Qing Gong College North China University of Science and Technology毕业设计说明书设计题目：基于单片机的简易数字示波器的设计学生姓名：学号：专业班级：测控技术与仪器学部：信息科学部指导教师：2015年5月30日摘要数字存储示波器是依据数字集成电路技术的发展而出现的智能化示波器，现在已经成为电子测量领域的基础测量仪器。
数字存储示波器的技术基础是数据采集，该技术已经广泛应用于数据采集产品中，对相关仪器的研发与创新具有深远意义。
随着技术与元器件的发展与创新，数字存储示波器正在向宽带化、模块化、多功能和网络化的方向发展。
数字存储示波器可以实现高带宽和强大的分析能力。
高端的数字存储示波器实时带宽已经可以达到20GHz，可以广泛的应用各种千兆以太网、光通讯等测试领域。
而中低端的数字存储示波器已经可以广泛应用于各个领域的通用测试，也可以广泛应用于高校及职业院校的教案。
但是现在国内外数字存储示波器在几千到几十万不等，普遍价格偏高，不适用于简单用途的使用与测量。
所以这里介绍了数字存储示波器的原理与基本概念并设计了一个简易的基于单片机的数字存储示波器，简化制作成成本，并能实现其基本功能与主要技术指标。
关键词数据采集、单片机AbstractDigital storage oscilloscope is based on the development of Digital IC technology and intelligent oscilloscope, now electronic measurement field of basic measurement instrument. The technology of digital storage oscilloscope is the data acquisition, which has been widely used in data acquisition products, and it has far-reaching significance for the development and innovationof the related instruments..With the development and innovation of technology and components, digital storage oscilloscope is developing to broadband, modular, multi-function and network.. Digital storage oscilloscope can achieve high bandwidth and strong analytical skills. High end digital storage oscilloscope real-time bandwidth has been reached 20GHz, can be widely used in various Gigabit Ethernet, optical communications and other test areas. And the low-end digital storage oscilloscope has been widely used in various fields of universal testing, can also be widely used in Colleges and universities and vocational colleges teaching.But now the digital storage oscilloscope at home and abroad, ranging from thousands to hundreds of thousands, the general price is high, not for simple purposes and measurement. So here the basic concepts and principles of digital storage oscilloscope and design a simple digital storage oscilloscope based on MCU, simplify the production cost and realize the basic functionsand main technical indicators.Keywords: data acquisition microcontroller目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的背景意义和研究现状 (1)1.1.1 选题的背景意义 (1)1.1.2 国内外研究现状 (1)1.2 设计的任务和要求 (2)1.2.1设计的主要任务 (2)1.2.2 设计的基本要求 (2)第2章数字存储示波器的基本原理 (3)2.1数字示波器的基本原理 (3)2.1.1 数字存储示波器的组成原理 (3)2.2数字存储示波器的工作方式 (3)2.2.1数字存储示波器的功能 (3)2.2.2触发工作方式 (4)2.2.3测量和计算工作方式 (4)2.2.4面板按键操作方式 (4)2.2.5数字存储示波器的显示方式 (4)2.3数字存储示波器的特点 (6)2.4数字存储示波器的主要技术指标 (6)2.4.1最高取样速率 (6)2.4.2存储带宽 (7)2.3.3分辨率 (7)2.4.4存储容量 (7)2.4.5读出速度 (7)2.5数字信号的采集与存储 (7)第3章系统硬件电路的设计 (9)3.1 STC15W4K60S4系列单片机 (9)3.2 LCD12864 (9)3.3硬件系统设计 (11)第4章系统功能的软件设计 (13)4.1单片机软件开发系统 (13)4.2主程序设计及流程图 (13)4.2.1 数字存储示波器系统流程图 (13)第5章结论和展望 (15)5.1结论 (15)5.2展望 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录一 (18)第1章绪论1.1 选题的背景意义和研究现状1.1.1 选题的背景意义据IEEE的文献记载1972年英国Nicolet公司发明了世界第一台数字存储示波器，到1996年惠普科技发明了世界第一台混合信号示波器。
基于单片机简易数字存储示波器
摘要随着计算机技术的发展，数字示波器也得到飞速发展，并给电子测量领域带来巨大变化，它能直接测量信号的幅度、频率等许多基本参数，不仅具有基本的波形显示功能，而且具有相当强的数据处理能力。
数字化测量仪器正越来越多地位用于电子、自动化、机械等各个领域。
比起模拟设备，数字化仪器有许多优点，如抗干扰能力强，数字化后的信号便于存储及输入计算机处理等。
本文详细介绍了一种以单片机和可编程逻辑器件为控制核心，用D/A,A/D 芯片和运放进行前置信号处理和数据采集，以液晶显示模块为终端显示设备的设计方案，并分析了该方案的优缺点，同时给出了硬件和软件设计的结构及思路。
关键词：数字存储示波器，单片机，可编程逻辑器件，液晶AbstractWith the development of computer technology, digital oscilloscope has been rapid development of electronic measurement and to bring about great changes in the field, it has a direct measurement of the signal range, frequency and many other basic parameters, not only has the basic waveform display function, but with a very strong data-handling capacity. Digital measuring instruments are increasingly being used to position electronic, automation, mechanical and other areas. Compared with analog equipment, digital equipment has many advantages, such as anti-interference capability, Digital signal facilitate the importation of computer storage and handling.This paper describes a microprocessor and programmable logic devices for the control of the core, with parallel connectors, etc, D chip and analog switches front signal processing and data collection, a liquid crystal display module for the terminal display device design, and analysis of the advantages and disadvantages of the program. also given pieces of hardware and less on the structure and design ideas.Keywords : Digital Storage Oscilloscope, microcontroller, programmable logic devices, liquid crystal目录第一章方案选择和确定 (4)1.1方案选择 (4)1.1.1控制器选择 (4)1.1.2数据采集 (4)1.1.3数据存储器 (5)1.1.4 幅度控制 (5)1.1.5 显示 (6)1.2方案确定 (6)第二章硬件设计 (8)2．1前级信号处理模块 (8)2.1.1 TLC7528芯片介绍 (8)2.1.2程控衰减 (9)2.1.3 放大电路 (10)2.2数据采集电路 (12)2.2.1 TLC5510介绍 (12)2.2.2数据采集电路 (15)2.3触发电路设计 (15)2.3.1触发电路作用 (15)2.3.2触发电路原理图 (16)2.4存储控制及数据处理电路 (17)2.4.1 AT89C52的简介 (17)2.4.2 EPM7128SLS84-15介绍 (18)2.4.3存储控制及数据处理电路 (21)2.5显示电路设计 (23)2.5.1 JRM19264A 介绍 (23)2.5.2 液晶驱动电路 (26)第三章软件设计 (27)3.1主程序 (27)3.2 显示程序 (28)3.2.1液晶驱动程序 (28)3.2.2波形绘制程序 (29)3.3信号采集及存储程序 (30)3.4键扫程序 (31)第四章调试 (32)4.1软件调试 (32)4.2硬件调试 (33)4.3实测波形 (33)结束语 (35)1设计体会 (35)2谢辞 (35)参考文献 (36)附录 (37)毕业设计任务书一、任务设计并制作一台简易数字存储示波器，示意图如下。
基于单片机的简易数字示波器的设计
基于单片机的简易数字示波器的设计华北理工大学轻工学院Qing Gong College North China University of Science and Technology毕业设计说明书设计题目：基于单片机的简易数字示波器的设计学生姓名：学号：专业班级：测控技术与仪器学部：信息科学部指导教师：2015年5月30日摘要数字存储示波器是依据数字集成电路技术的发展而出现的智能化示波器，现在已经成为电子测量领域的基础测量仪器。
数字存储示波器的技术基础是数据采集，该技术已经广泛应用于数据采集产品中，对相关仪器的研发与创新具有深远意义。
随着技术与元器件的发展与创新，数字存储示波器正在向宽带化、模块化、多功能和网络化的方向发展。
数字存储示波器可以实现高带宽和强大的分析能力。
高端的数字存储示波器实时带宽已经可以达到20GHz，可以广泛的应用各种千兆以太网、光通讯等测试领域。
而中低端的数字存储示波器已经可以广泛应用于各个领域的通用测试，也可以广泛应用于高校及职业院校的教学。
但是现在国内外数字存储示波器在几千到几十万不等，普遍价格偏高，不适用于简单用途的使用与测量。
所以这里介绍了数字存储示波器的原理与基本概念并设计了一个简易的基于单片机的数字存储示波器，简化制作成成本，并能实现其基本功能与主要技术指标。
关键词数据采集、单片机AbstractDigital storage oscilloscope is based on the development of Digital IC technology and intelligent oscilloscope, now electronic measurement field of basic measurement instrument. The technology of digital storage oscilloscope is the data acquisition, which has been widely used in data acquisition products, and it has far-reaching significance for the development and innovation of the related instruments..With the development and innovation of technology and components, digital storage oscilloscope is developing to broadband, modular, multi-function and network.. Digital storage oscilloscope can achieve high bandwidth and strong analytical skills. High end digital storage oscilloscope real-time bandwidth has been reached 20GHz, can be widely used in various Gigabit Ethernet, optical communications and other test areas. And the low-end digital storage oscilloscope has been widely used in various fields of universal testing, can also be widely used in Colleges and universities and vocational colleges teaching.But now the digital storage oscilloscope at home and abroad, ranging from thousands to hundreds of thousands, the general price is high, not for simple purposes and measurement. So here the basic concepts and principles of digital storage oscilloscope and design a simple digital storage oscilloscope based on MCU, simplify the production cost and realize the basic functions and main technical indicators.Keywords: data acquisition microcontroller目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的背景意义和研究现状 (1)1.1.1 选题的背景意义 (1)1.1.2 国内外研究现状 (1)1.2 设计的任务和要求 (2)1.2.1设计的主要任务 (2)1.2.2 设计的基本要求 (2)第2章数字存储示波器的基本原理 (3)2.1数字示波器的基本原理 (3)2.1.1 数字存储示波器的组成原理 . 32.2数字存储示波器的工作方式 (3)2.2.1数字存储示波器的功能 (3)2.2.2触发工作方式 (4)2.2.3测量和计算工作方式 (4)2.2.4面板按键操作方式 (4)2.2.5数字存储示波器的显示方式.. 42.3数字存储示波器的特点 (6)2.4数字存储示波器的主要技术指标 (6)2.4.1最高取样速率 (6)2.4.2存储带宽 (7)2.3.3分辨率 (7)2.4.4存储容量 (7)2.4.5读出速度 (7)2.5数字信号的采集与存储 (7)第3章系统硬件电路的设计 (9)3.1 STC15W4K60S4系列单片机 (9)3.2 LCD12864 (9)3.3硬件系统设计 (11)第4章系统功能的软件设计 (13)4.1单片机软件开发系统 (13)4.2主程序设计及流程图 (13)4.2.1 数字存储示波器系统流程图13 第5章结论和展望 (15)5.1结论 (15)5.2展望 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录一 (18)第1章绪论第1章绪论1.1 选题的背景意义和研究现状1.1.1 选题的背景意义据IEEE的文献记载1972年英国Nicolet公司发明了世界第一台数字存储示波器，到1996年惠普科技发明了世界第一台混合信号示波器。
基于51单片机数字示波器设计
SCON=0x50; //串口工作在方式 1，异步模式 PCON=0x80; //波特率翻倍
TMOD=0x20; //定时器 1 工作在方式 2
TH1=0xff; //波特率 115200bps，单片机时钟晶振为 22.1184MHz
TL1=0xff;
TR1 = 1; //开启时钟
RI = 0; SEG_Q = 0xbf;//"-" SEG_B = 0xbf; SEG_S = 0xbf; SEG_G = 0xbf; } } 以上演示源程序 keil 工程请参考附件【串口调试 1】
这里我再介绍两款串口绘图软件【MyOsc】和【ComCalWave】，可以直接把串口接收到的数据 按 X-Y 轴绘图，显示结果更直观。
for(i=0;i<128;i++) { uart_put_uchar(dot[i%30]); delay_ms(1);//此处延时当于调节了采样率
} } } 用以上调试软件同样可以看到漂亮的正弦信号图形。 以上调试成功后，是不是感觉很棒，如果你是第一次亲自完成 ADC 将数据采集，再用软件绘图 显示还原信号波形图，一定是一件特别令人激动的事情。
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2 图形液晶 LCD12864 绘图驱动设计基础
下面我们学习如何在 LCD12864 上显示同样的正弦波形。 关于 LCD 的硬件接口电路，在前面的教程中有详细介绍，涉及单片机总线知识和 CPLD 内部电 路，需要专门学习，这里我们借助现成的驱动函数，重点讲解 LCD 绘图程序设计。 LCD12864 的电路接口在【mini51b.h】头文件中定义。 #define LCD_LCW XBYTE[0xf4ea] //左屏命令写入 #define LCD_LDW XBYTE[0xf5ea] //左屏数据写入 #define LCD_LCR XBYTE[0xf6ea] //左屏命令读出 #define LCD_LDR XBYTE[0xf7ea] //左屏数据读出 #define LCD_RCW XBYTE[0xf8ea] //右屏命令写入 #define LCD_RDW XBYTE[0xf9ea] //右屏数据写入 #define LCD_RCR XBYTE[0xfaea] //右屏命令读出 #define LCD_RDR XBYTE[0xfbea] //右屏数据读出 后面所有对 LCD 的编程操作都是基于以上接口定义（总线编址）进行的读写操作。 首先来看 LCD 点阵结构图，这里以不带字库的 LCD12864 来讲解，如图 2-1 所示。
基于单片机的简易数字示波器设计-电子信息
摘要示波器是设计制造和维修电子设备必不可少的一种硬件设施，在多个领域都有广泛的应用。
近年来微型集成电路和计算机信息都有着稳固的发展和提升，也就使得示波器也有了一定技术层次上的提高，逐渐开始被应用到了很多领域。
本次的设计方案主要是制作一个简易的数字示波器，主要研究的方向是硬件设施的选用以及有效构成，配合的软件程序的编写这两大部分。
硬件设施主要选用的是A/D转换设备，运行时间短，设备准确程度高，选用的是单片机at89c52和At89c51，有效的提高设备的运行速率，在同等状态的工作时间下，能够高质量高速度的完成作业。
数据最终的呈现效果选用液晶设备，能够有效地展现呈现效果，并且简单易识别，数据频率的显示设备也非常便捷。
有效的实现了数据的采集和读取，提高准确程度。
AbstractOscilloscope is an indispensable hardware facility for the design, manufacture and maintenance of electronic equipment, which is widely used in many fields. In recent years, micro-integrated circuits and computer information have developed and improved steadily, which makes the oscilloscope have also improved at a certain technical level, and gradually began to be applied to many fields.The design of this project is mainly to make a simple digital oscilloscope, the main research direction is the choice of hardware facilities and effective composition, with the compilation of software program these two parts. Hardware facilities mainly choose A/D conversion equipment, which has short running time and high accuracy. The micro-integrated circuits connected with AT89c52 and AT89c51 are selected to effectively improve the operation speed of the equipment. Under the same working time, it can complete the operation with high quality and high speed. The final display effect of data is LCD device, which can effectively show the presentation effect, and is easy to identify, and the display device of data frequency is also very convenient. Effective realization of data acquisition and reading, improve accuracy.Key Words: SCM ; Real-time sampling; Waveform; Frequency关键词：单片机；实时采样；波形；频率目录前言 (6)1.1选题的背景意义和研究现状 (6)1.1.1选题的背景和意义 (6)1.1.2国内外研究现状 (6)1.2 本设计所要实现的目标 (6)1.3 设计内容 (7)1.4 本章小结 (7)第二章单片机简易数字示波器的系统设计 (8)2.1简易数字示波器的基本原理 (8)2.1.1 简易数字示波器的组成 (8)2.2简易数字示波器的运作方式 (8)2.2.1简易数字示波器的功能 (8)2.2.2简易数字示波器驱动方式 (8)2.3简易数字示波器的特点 (9)2.4本章小结 (9)第三章单片机简易数字示波器硬件设计与实现 (7)3.1 频率测量及显示电路的硬件设计 (7)3.1.1 测频电路总体构成 (7)3.1.2 信号调理电路设计 (7)3.1.3 数码管显示模块 (9)3.1.4 数码管显示驱动模块 (9)3.2 幅度测量及显示模块的硬件设计 (10)3.2.1 显示电路总体结构 (15)3.2.2 单片机外围电路设计 (16)3.2.3 信号波形采集模块 (17)3.2.4 显示模块 (17)3.2.5 电源设计 (18)3.3 本章小结 (10)第四章系统软件设计 (39)4.1 测频系统软件设计 (39)4.2 显示系统软件设计 (40)4.3 信号采集系统软件设计 (41)4.4 本章小结 (41)第五章调试及仿真 (42)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)附录 (46)1 前言1.1选题的背景意义和研究现状1.1.1选题的背景和意义世界上第一台示波器是阴极射线管示波器，他诞生于1897年，至今还被许多德国人称为布朗管。
基于单片机的数字存储式示波器设计与实现
基于单片机的数字存储式示波器设计与实现摘要本文介绍了基于单片机的数字存储式示波器的设计与实现。
数字存储式示波器是一种用于观察电信号波形的测量仪器，具有易于操作、灵敏度高以及方便存储和分析数据等特点。
文章首先介绍了数字存储式示波器的工作原理和基本组成部分，然后详细描述了单片机的选择和其在示波器中的应用。
接着，给出了数字存储式示波器的电路设计和PCB布局设计，并介绍了常见的示波器控制算法的实现方法。
最后，通过实际测试和验证，验证了数字存储式示波器的性能和准确度。
引言数字存储式示波器是一种用于测量和观察电信号波形的仪器，它通过将模拟信号转换为数字信号，并存储在存储器中进行处理和显示。
相比于模拟示波器，数字存储式示波器具有许多优势，如灵敏度高、易于操作以及能够方便存储和分析数据等。
本文将介绍基于单片机的数字存储式示波器的设计与实现。
首先，我们将详细介绍数字存储式示波器的工作原理和基本组成部分。
接着，我们将选择适合示波器设计的单片机并介绍其在示波器中的应用。
然后，我们将给出数字存储式示波器的电路设计和PCB布局设计，并介绍常见的示波器控制算法的实现方法。
最后，我们将通过实际测试和验证，验证数字存储式示波器的性能和准确度。
数字存储式示波器的工作原理和基本组成部分数字存储式示波器主要由以下几部分组成：模拟前端、A/D转换、存储器、信号处理和显示等。
•模拟前端：模拟前端用于对输入的模拟信号进行条件处理和放大，保证信号能够适合于A/D转换。
•A/D转换：A/D转换将模拟信号转换为数字信号，该数字信号将被存储在存储器中进行后续的处理和显示。
•存储器：存储器用于存储A/D转换后的数字信号，存储的容量决定了可存储的波形数据长度。
•信号处理：信号处理主要包括波形处理、触发处理和数据分析等。
波形处理用于对存储的数字信号进行加权平均和去噪处理，以提高显示效果；触发处理用于选择合适的触发条件，确保波形的稳定显示；数据分析用于对存储的波形数据进行进一步的分析和处理。
基于单片机数字示波器的设计
目录（一）实训内容 (1)（二）实训目的 (1)（三）数字示波器原理 (1)1.机型介绍 (1)1.1.整体介绍 (1)1.2.功能简介 (1)2．本机参数介绍 (2)3.基本原理 (3)3.1.硬件总体框图 (3)3.2.耦合方式选择电路 (3)3.3灵敏度选择电路① (4)3.4.电压跟随器 (5)3.5.灵敏度选择电路② (5)3.6.信号调理电路 (6)3.7.触发电路 (7)3.8.档位控制电路 (7)3.9.去耦合电路 (8)3.10.电源供电电路 (8)3.11.单片机接口电路 (9)4.元器件功能与检测 (10)4.1.STM32F103Cx单片机 (10)4.2.TL084运算放大器 (10)4.3.LM7805三端稳压集成电路 (11)4.4.LM7905三端稳压集成电路 (11)4.5.LM11173.3三端稳压集成电路 (11)5．PCB版 (11)（四）数字示波器的组装 (11)（五）数字示波器的调试 (12)（六）小组分工 (13)（七）实训心得 (13)（八）参考文献 (14)（九）附录 (15)（一）实训内容1.利用套件中各种电子元器件/模块组装数字示波器。
2.学习数字示波器原理与系统组成。
（二）实训目的1.理解数字示波器内部组成结构和工作原理。
2.学习数字示波器的组装、调试、维修以及升级方法。
3.锻炼学生动手与实践能力。
（三）数字示波器原理1.机型介绍1.1.整体介绍：DSO138数字示波器采用9V电源供电，以STM32F103Cx单片机为核心处理器，具有将信号数字化后再建波形，记忆、存储被观测信号的功能，还可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。
采用彩色TFT LCD屏幕，使示波器灵敏度、可视度得到很大的提高，并留有USB端口可供二次升级开发。
总体来说DSO138示波器具有体积小、重量轻，便于携带，操作方便，能自动测量波形的频率、周期、峰峰值、有效值、最大值、最小值等特点。
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目录（一）实训内容 (1)（二）实训目的 (1)（三）数字示波器原理 (1)1.机型介绍 (1)1.1.整体介绍 (1)1.2.功能简介 (1)2．本机参数介绍 (2)3.基本原理 (3)3.1.硬件总体框图 (3)3.2.耦合方式选择电路 (3)3.3灵敏度选择电路① (4)3.4.电压跟随器 (5)3.5.灵敏度选择电路② (5)3.6.信号调理电路 (6)3.7.触发电路 (7)3.8.档位控制电路 (7)3.9.去耦合电路 (8)3.10.电源供电电路 (8)3.11.单片机接口电路 (9)4.元器件功能与检测 (10)4.1.STM32F103Cx单片机 (10)4.2.TL084运算放大器 (10)4.3.LM7805三端稳压集成电路 (11)4.4.LM7905三端稳压集成电路 (11)4.5.LM11173.3三端稳压集成电路 (11)5．PCB版 (11)（四）数字示波器的组装 (11)（五）数字示波器的调试 (12)（六）小组分工 (13)（七）实训心得 (13)（八）参考文献 (14)（九）附录 (15)（一）实训内容1.利用套件中各种电子元器件/模块组装数字示波器。
2.学习数字示波器原理与系统组成。
（二）实训目的1.理解数字示波器内部组成结构和工作原理。
2.学习数字示波器的组装、调试、维修以及升级方法。
3.锻炼学生动手与实践能力。
（三）数字示波器原理1.机型介绍1.1.整体介绍：DSO138数字示波器采用9V电源供电，以STM32F103Cx单片机为核心处理器，具有将信号数字化后再建波形，记忆、存储被观测信号的功能，还可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。
采用彩色TFT LCD屏幕，使示波器灵敏度、可视度得到很大的提高，并留有USB端口可供二次升级开发。
总体来说DSO138示波器具有体积小、重量轻，便于携带，操作方便，能自动测量波形的频率、周期、峰峰值、有效值、最大值、最小值等特点。
1.2.功能简介：3个拨动开关：CPL、SEN1、SEN2。
其中CPL开关有GND、AC、DC三种耦合方式选择，当置于GND位置时示波器输入接地，当置于AC位置时示波器输入为交流信号直流信号不能通过，当置于DC位置时示波器输入交流和直流信号；SEN1和SEN2为灵敏度选择开关，其中SEN1可选择灵敏度为1V、0.1V、10mV，SEN2是对应SEN1开关的灵敏度选择，分别有×5、×2、×1三个档位的选择。
5个轻触开关：RESET、SEL、“-”、“+”、“OK”。
其中RESET为复位开关，可对示波器进行重启复位操作；SEL为菜单选择开关，可以对时基、触发模式、触发边沿、触发电平指示、水平位置调节、垂直位置调节、示波器工作模式等参数的选择；“-”、“+”开关是对SEL选择菜单后进行参数的调节；“OK”开关可对波形进行冻结与解冻，当长按此键时可出现第二功能键。
轻触开关的使用：当选择时基菜单时，按“-”、“+”键可对时基进行大小的改变，长按“OK”键屏幕上即可显示对波形频率、峰峰值、有效值等参数的自动测量；当选择触发模式菜单时，按“-”、“+”键对自动（Auto）模式、常规（Normal）模式、单次（Single）模式等三种模式的选择；当选择触发边沿菜单时，按“-”、“+”键可进行上升沿、下降沿两种触发边沿的选择；当选择触发电平指示菜单时，按“-”、“+”键可对波形的任一位置进行电平大小的测量；当选择水平调节菜单时，按“-”、“+”键可对波形进行左右移动；当选择示波器工作模式菜单时，按“-”、“+”键可对工作模式进行选择；当选择垂直位置调节菜单时，按“-”、“+”键可对波形进行左右调节。
2个微调电容：C4、C6。
调节微调电容C4可对0.1V档输出的波形进行补偿；调节微调电容C6可对1V档输出的波形进行补偿。
2．本机参数介绍最高实时取样率：1Msps精度：12Bit取样缓冲器深度：1024字节模拟频带宽度：0–200KHz垂直灵敏度：10mV/Div–5V/Div(按1-2-5方式递进)垂直位移可调，并带有指示输入阻抗：1MΩ最高输入电压：50Vpp（1:1探头），400Vpp（10:1探头）耦合方式包括DC/AC/GND水平时基范围：10μs/Div–50s/Div(按1-2-5方式递进)具有自动、常规和单次触发方式，方便捕捉瞬间波形可用上升或下降边沿触发触发电平位置可调，并带有指示可观测触发之前的波形(负延迟)可随时冻结波形显示(HOLD功能)自带1KHz/3.3V方波测试信号源可实时显示采集波形的频率、周期、脉宽、占空比、最大值、最小值、平均值、峰峰值、有效值等。
3.基本原理3.1.硬件总体框图3.2.耦合方式选择电路图（1）如上图利用电容对直流信号的隔离作用，组成了耦合方式选择电路，SW1为单刀三掷开关，显然当开关拨到‘1’位置时交流直流信号都可以通过，拨到‘3’只能通过交流信号，拨到‘4’时输入就直接接地了，此时输入为0。
耦合方式选择灵敏度选择信号调理电路A/D 转换中心控制器档位控制电路按键控制电路LCD 显示电源供电电路3.3灵敏度选择电路①图（2）上图为灵敏度选择电路，利用电阻的分压原理对电压进行衰减，衰减的越大相应的量程就越大。
经分析可知‘3’端输出相对于‘1’端衰减了10倍，‘4’输出相对于‘1’端衰减的100倍。
假设输入为10V的信号，则理论上‘1’端的输出为10V，‘3’端的输出为1V，‘4’端的输出为0.1V。
而图中的电容则是为了减小对高频信号的阻抗，相当于微分，信号上升速度加快，提高相应速度。
微调点解电容C4、C6则是利用不同容量电容充电放电能力的不同对信号就行不同程度的补偿。
对此电路的仿真结果如下：输入（正弦信号）输出（V）幅度频率(Hz)1档3档4档10V1k9.9980.1000.098 10k9.9970.9900.098 100k10.0000.9150.07515V1k14.997 1.4990.148 10k14.996 1.4850.147 100k14.999 1.3730.11120V1k19.996 1.9980.198 10k19.995 1.9800.196 100k19.999 1.8300.1493.4.电压跟随器：图（3）上图为电压跟随器原理图，由运算放大器的原理可知‘0’处信号等于‘1’信号等于‘2’处信号，即输入信号等于输出信号。
因为运放的输入阻抗趋近于无穷大输出阻抗趋近于零，所以电压跟随器有着隔离输入输出两端噪声信号的作用，且能大大的减小负载的变化对输出信号的影响。
3.5.灵敏度选择电路②图（4）上图为纯电阻分压网络，对灵敏度选择电路①输出的电压进一步的衰减。
由图可见，‘1’处的输出电压等于输入电压，‘3’处的输出电压为出入的1/2,‘4’处的输出电压等于输入电压的1/5，由此对应于SW2的每个档位形成了×1、×2、×5三个档位。
3.6.信号调理电路：图（5）上图为信号进入模数转换器ADC前的信号调理电路，由同相放大器和电压比较器组成，当输入信号的幅度小时，此电路可对信号进行放大，使之成为适合ADC输入的信号；当信号过大时，因为有R10和AV-的作用，使之衰减，成为适合ADC输入的信号。
其中C8对信号具有保持的作用。
3.7.触发电路：图（6）触发电路的作用就是保证每次时基扫描或采集的时候，都从输入信号上与定义的相同的触发条件开始，这样每一次扫描或采集的波形就同步，可以每次捕获的波形相重叠，从而显示稳定的波形，或保证单次信号的捕获。
即：1、是使重复信号稳定显示2、次信号进行捕获3、复信号中的异常波形和单次事件中的特殊波形进行隔离捕获此示波器的触发方式有一下4种：1、自动模式：在自动模式下，不管是否有触发发生示波器都会不符按更新显示波形，如果有触发则触发点为参考点显示波形，否则随机显示波形。
因此使用时有触发时波形时稳定的，没有触发时波形时滚动的。
2、常规模式：在常规模式下，示波器只有当有触发时才作波形的更新显示，如果没有触发，波形不动。
3、与常规模式类似，不同的是单次模式下波形显示后自动进入冻结状态，需手动退出才会进行下一次波形的采集。
3.8.档位控制电路：图（7）此电路的开关分别与SW1、SW2、SW3形成联动开关，输出端分别连接到单片机的CPLSEL、VSENSEL1、VSENSEL1三个端口，当开关置于‘1’档时，输出为5V，当考官置于‘3’档时，输出约为1.24V，当开关置于‘4’档时，输出为0。
所以单片机根据不同端口的不同输入即可有不同的处理结果，进而在LCD上有不同的显示。
3.9.去耦合电路：图（8）当直流低电压在经过长距离传输后，中间会夹杂着各种噪声信号使其直流电压不稳点，所以需要如上图电路利用电容对直流电压有阻碍左右，对高频信号无阻碍作用对直流电压进行去耦合，是直流电压更稳定。
3.10.电源供电电路：输出为5V和3.3V的供电电路图（9）LM78L05是三端稳压集成电路，其输入为为5V—18V，输出为4.8V—5.2V 典型值为5V，所以在电路中AV+处的输出电压约为5V；LM11173.3为输入为5V 输出为3.3V的三端稳压集成电路，所以在TP23处的输出约为3.3V。
图中电解电容C19、C21、C22都起着对输出电压进行补偿，稳定输出电压的的作用，L3、C20则可以对输出的电压进行滤波，出去其中的交流信号，D2则可以防止电流回流保护电路。
输出为-5V的供电电路：图（10）图中7905稳压集成芯片的输入电压范围是-8V到-35V，输出为-4.8V—-5.2V 典型值为-5V。
所以经过79L05后输出电压约为-5V。
3.11.单片机接口电路：图（11）4.元器件功能与检测4.1.STM32F103Cx单片机STM32F103Cx基于高性能32位RISC的ARMCortex-M3核，工作频率为72MHz。
片上集成了高速存储器，通过APB总线连接了丰富、A/D和D/A转换器增强的外设和I／O。
所有的设备都提供标准的通信接口。
片上集成32-512KB的Flash存储器。
6-64KB的SRAM存储器。
12通道DMA控制器。
支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和USART。
2个12位的us级的A/D转换器，2通道12位D/A转换器，最多高达112个的快速I/O端口，最多多达11个定时器，最多多达13个通信接口。
4.2.TL084运算放大器TL084为供电电压±18V，输入电压±15V，差分输入电压±30V，具有宽共模微分电路，低输偏置电流和置电流，输出路保护，具有型（J-FET）高输阻抗，内部频率补偿，锁存自由作，高压16V/μs（典值）等特点。