小型手持便携液晶示波器的制作1.序言
示波器是任何业余电子爱好者都要使用的最重要的工具之一，但不是每个人都能买得起的。因为商业成品示波器往往过于昂贵，几乎每一个电子爱好者都想着，找到一个能自己亲手从头开始来diy的示波器。
传统的示波器（阴极射线管）是很难在家里制作的，因为它的尺寸大，手工不容易操作，又有高电压存在，等等难以处理的问题；
另一种解决方案是：现代的虚拟的“PC示波器”，有后处理和录音功能，以及降低复杂性等各种优势。然而，此解决方案通常是不可移植，昂贵的（需要PC），和危险的（如果处理不好绝缘措施会危及计算机)第三个解决方案：通常的，在几乎所有的商业示波器制造商都是用LCD 屏幕来做数字示波器的。因此，笔者决定使用此解决方案，并试图尽量使用商家现有的常用原器件，减少制作难度。
图1
2.功能
最大采样频率：40MSPS
最大输入频率：5MHz
最大不失真显示频率：10MHz的
输入电路带宽：20MHz
显示分辨率：240X128（总），跟踪分辨率200x125
灵敏度：40mV/div
耦合：DC
输入阻抗：10K
供电电源：单直流电源8V..10V，1A
增量模式：无
时间基数：1s/div，500ms/div，200ms/div
100ms/div，50ms/div/
20ms/div，10ms/div，5ms/div，2ms/div，1ms/div，500 us/div，200us/
DIV，100us/div，50us/div，20us/div，10us/div，5us/di v，2us/div，1us/div，500ns/div
触发：数字可调
跟踪偏移：数字可调
2.电气图
图2
图3
简短说明：
输入电路是用德州仪器（TI）的OPA2652运算放大器，和一个RC组成的低通滤波器，设置的带宽到20MHz。此外，输入电路使用由微控制器产生的PWM信号（引脚15）的输入处理的垂直扫描移位（偏移）。ADC转换器是一
个8位的ADS830，来自德州仪器，能工作到60MSPS，在本设计中，
ADC工作在最大为40MHz。而这个时钟是由QOS40（塑封）或QOM40（金封）振荡器生成，可通过CPLD电路编程（分频）（Xilinx公司的XC9572）。在处理ADC高速率采集的大码流的时候，ADC的数字输出连接到一个来自IDT
的高速FIFO存储器IDT7201（长达512字），当存储器的缓冲区写满后，
整个内存的内容被放到微控制器的内存，在那里对其中的样品进行进一步处理，然后显示在液晶显示屏上。微控制器是一个Atmel的ATmega162，广为流行的AVR家族的成员。显示屏是日立的LMG6402PFLR，
但任何其他HD61830B兼容的液晶显示器都可以使用（当然应该检查引脚排列的兼容性）。电源电路是由两个7805系列稳压块组成的，还有负电压（液晶显示器和输入电路所需的），是从三个英特锡尔的ICL7660A集成电路整合后得到的。
4.PCB
PCB是由两块独立的电路板组成：主板和键盘。两者都是单面电路板，便于用业余方法制做。作者认为它们可以使用转印法制作，但如果有足够的精度，任何其他方法都可以（要保证SMD零件在板上的精度）。
因为是单面板，pcb的高复杂性的设计和布线限制，少数的焊点必须要用飞线连接。飞线可以从图片上面看得明白。
图4
图5
图6
5.软件
微控制器的软件用成熟的C语言，使用GCC为AVR编译。此外，在开发阶段，也使用Avrstudio
4.XX调试工具，（与JTAG ICE仿真器连接）。微控制器可以使用任何AVR编程器编程，如STK200，PonyProg，AVR910，等。
6.固件
CPLD电路是设计用于为ADC生成时钟的，（时基由X TAL电路进行分频），也用于键盘接口。CPLD电路必须用Xilinx ISE WebPack软件（免费）的IMPACT模块和一个简单的电路XilinxCable（很容易构建）进行编程。
7.物料清单
数
量
价值部件
90.1u f C10、C11、C13、C15、C17、C19、C22、C23C24
51K R7、R8、R9、R10、R11 11N4004D1
7 4.7uF C5、C9、C12、C16、C18、C25 C28
1 4.7uF C14
14K7R2
14K7R3
210K R4、R6
110K R1
310uF C3、C4、C26 310uF/25V C6、C7、C27 140.0000MHz QG1
147pF C21
150R5
278XX U$1、U$4 2100uF/16V C2C8
1150pF C20
12200uF/25V C1
1ADS830U$9
1ATMEGA162U$5
1BNC U$7
1DCJ025U$2
3ICL7660CPA IC1、IC2、IC4 1IDT7201U$8
1LMG6402PLFR_2X
9
U$3
1OPA2652U IC3 1XC9572-材料U$6 8.图片
图7
图8
图9
图10
图11
图12
图13
图14
9.下载
1）该压缩包文件包含原理图、PCB和单片机和cpld编程需要的字节文件：
2）所开发文件(Eagle PCB文件、C软件和CPLD的VHDL 代码）都包含在下列档案：
3）东芝T6963的基础软件(Ver1.3)：
4）T6963基础硬件Eagle文件：
10.许可
该项目的软件是免费的，甚至可用于商业目的，
示波器 摘要：以数据采集卡为硬件基础，采用虚拟仪器技术，完成虚拟数字示波器的设计。能够具有运行停止功能，图形显示设置功能，显示模式设置功能并具有数据存储和查看存储数据等功能。实验结果表明, 该仪器能实现数字示波器的的基本功能，解决了传统测试仪器的成本高、开发周期长、数据人工记录等问题。 1．实验目的 1.理解示波器的工作原理，掌握虚拟示波器的设计方法。 2.理解示波器数据采集的原理，掌握数据采集卡的连接、测试和编程。 3.掌握较复杂的虚拟仪器的设计思想和方法，用LabVIEW实现虚拟示波器。 2. 实验要求 1.数据采集 用ELVIS实验平台，用DAQmx编程，通过数据采集卡对信号进行采集，并进行参数的设置。 2.示波器界面设计 (1)设置运行及停止按钮：按运行时，示波器工作；按停止时，示波器停止工作。 (2)设置图形显示区：可显示两路信号，并可进行图形的上下平移、图形的纵向放大与缩小、图形的横向扩展与压缩。 (3)设置示波器的显示模式：分为单通道模式(只显示一个通道的图形)，多通道模式(可同时显示两个通道)，运算模式(两通道相加、两通道相减等)。
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计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇 数字示波器的设计 刘岩 （天津工业大学信息与通信工程学院，天津３００１６０） 摘要：数字示波器是现代电子测量中最常角的仪器，它是一种可以用来观察、测量、记录各种瞬时电压，并以波形方式显示其与时间关系的电子仪器。本文中详细介绍了数字存储示波器的原理及特点，给出了一种以单片机和可编程逻辑器件为控制核心的设计方案，同时给出了其硬件和软件设计的结构及思路。 关键词：数字示波器；模块化；ＦＰＧＡ 中图分类号：ＴＭ９３５文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）２０－３０３７５－０２ ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＤｉｇｉｔａｌＯｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ ＬＩＵＹａｎ （ＴｉａｎｊｉｎＩｎｄｕｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｄｅｒｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｌｙｍｅａｓｕｒｅｄａｎｇｌｅｏｆｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓ，ｗｈｉｃｈｉｓａｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｏｂ－ｓｅｒｖｅ，ｍｅａｓｕｒｅａｎｄｒｅｃｏｒｄａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｗａｖｅｔｏｓｈｏｗｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｔｉｍｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｔｏｒａｇｅｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄａｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｌａｎ，ａｎｄｇａｖｅｉｔｓｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｄｅａｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｓ；ｍｏｄｕｌａｒ；ＦＰＧＡ １引言 数字示波器是智能化数字存储示波器的简称，是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物。它能够长期存储波形，可进行负延时触发，便于观侧单次过程和缓变信号，具有多种显示方式和多种输出方式，同时还可以进行数学计算和数据处理，功能扩展也十分方便，比普通模拟示波器具有更强大的功能，因此在电子电信类实验室中使用越来越广泛。 ２数字示波器的工作原理 数字存储示波器不是将波形存储在示波管内的存储栅网上，而是存在存储器中，因而存储时间可以无限长。数字存储示波器主要利用Ａ／Ｄ转换技术和数字存储技术来工作，它能迅速捕捉瞬变信号并长期保存。该示波器首先对模拟信号进行高速采样以获得相应的数字数据并存储，存储器中储存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形；然后利用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算，从而获得所需要的各种信号参数；最后，该示波器根据得到的信号参数绘制信号波形，并对被测信号进行实时、瞬态分析，以方便用户了解信号质量，快速准确地进行故障诊断。数字存储示波器将输入模拟信号经过ＡＤ／转换，变成数字信号，储存在半导体存储器ＲＡＭ中，需要时将ＲＡＭ中存储的内容读出显示在ＬＣＤ，或通过ＤＡ／转换，将数字信号变换成模拟波形显示在示波管上。数字存储示波器框图如图ｌ所示。数字存储示波器可以采用实时采样，每隔一个采样周期采样一次，可以观察非周期信号川。数字示波器的采样方式包括实时采样和等效采样（非实时采样）。等效采样又可以分为随机采样和顺序采样，等效采样方式大多用于测量周期信号。数字示波器工作原理框架如图１。 图１数字存储示波器的基本原理方框图 ３数字示波器的主要特点 与传统的模拟示波器相比，数字存储示波器有其非常突出的特点，其具体表现如下：（１）信号采样速率大大提高数字存储示波器首先在采样速率上有较大地提高。可从最初采样速率等于两倍带宽提高至五倍甚至十倍。相应对正弦波取样引入的失真也从１０％降低至３％甚至１％。（２）显示更新速率更高数字存储示波器的显示更新速率最高可达每秒４０万个波形，因而在观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲方面更加方便。（３）波形的采样、存储与显示可以分离在存储阶段，数字示波器可对快速信号采用较高的速率进行采样与存储，而对慢速信号则采用较低速率进行采样与存储；在显示阶段，不同频率的信号读出速度可以采用一个固定的速率并可以无闪烁地观测极慢信号与单次信号，这是模拟示波器所无能为力的。（４）存储时间长由于数字存储示波器是把模拟信号用数字方式存储起来，因此，其存储时间理论上可以无限长。（５）显示方式灵活多样为适应对不同波形的观测，数字存储示波器有滚动显示、刷新显示、 收稿日期：２００８－０４－２２
摘要 本科毕业设计论文 题目简易数字示波器设计 I
西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文） 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
摘要 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 III
* 声明 鼎阳科技有限公司,版权所有。 未经本公司同意,不得以任何形式或手段复制、摘抄、翻译本手册的内容。 ⅠSDS1000系列数字存储示波器简介 SDS1000 系列数字示波器体积小巧、操作灵活；采用彩色TFT-LCD及弹出式菜单显示，实现了它的易用性，大大提高了用户的工作效率。此外，SDS1000 系列性能优异、功能强大、价格实惠。具有较高的性价比。SDS1000 实时采样率最高 2GSa/s 、存储深度最高 2Mpts, 完全满足捕捉速度快、复杂信号的市场需求；支持USB设备存储，用户还可通过U盘或LAN 口对软件进行升级，最大程度地满足了用户的需求；所有型号产品都支持PictBridge 直接打印，满足最广泛的打印需求。 SDS1000系列有二十一种型号： [ SDS1000C系列 ]: SDS1102C、SDS1062C、SDS1042C、SDS1022C [ SDS1000D系列 ]:SDS1102D、SDS1062D、SDS1042D、SDS1022D [ SDS1000CM系列 ]: SDS1152CM、SDS1102CM、SDS1062CM [ SDS1000CE系列 ]: SDS1302CE、SDS1202CE、SDS1102CE、SDS1062CE [ SDS1000CF系列 ]: SDS1304CF、SDS1204CF、SDS1104CF、SDS1064CF [ SDS1000CN系列 ]:SDS1202CN、SDS1102CN ●超薄外观设计、体积小巧、桌面空间占用少、携带更方便 ●彩色TFT-LCD显示，波形显示更清晰、稳定 ●丰富的触发功能：边沿、脉冲、视频、斜率、交替 ●独特的数字滤波与波形录制功能 ●Pass/Fail功能，可对模板信号进行定制 ●3种光标模式、32 种自动测量种类
一、绪论 1.1 虚拟示波器背景 示波器是电子测量行业最常用的测量仪器之一，主要用来测量并显示被测信号的参数和波形，在科学研究、科学实验以及现场监测等许多领域被广泛应用。随着科学研究的不断深入和各种高新技术的不断发展，传统示波器的诸如波形不稳定、测读不准确等许多缺陷逐渐显露出来，而且体积大，耗电多，越来越不能满足现代应用的需要。 “虚拟仪器”这一新概念测量仪器的诞生，使示波器突破了传统，在功能和作用等多方面发生了根本性变化。虚拟仪器将计算机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。 虚拟示波器是虚拟仪器的一种，它不仅可以实现传统示波器的功能，具有存储、再现、分析、处理波形等特点，而且体积小，耗电少。虚拟示波器使用功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不同的方式(如数据、图形、图表等)表示测量结果，完成各种规模的测量任务。鉴于虚拟示波器的种种优点及广泛用途，研究出性能优越、价格低廉的虚拟示波器是十分重要的。 1.2 性能指标 本示波器与常见的示波器比较，最大的特点是可以定量地给出信号的各种参量，比如最大、最小值和频率等，无需使用者再去数格子，然后还要计算。特别适合于学校教学实验的需求，在学校教学中可以直联投影机，使全体学生都可以远距离看到信号波形的演示。 本示波器采样USB接口，其频率比并口示波器略高，同样支持直流测量，可以定量测量信号，主要技术指标如下： 采样频率：共八挡可调：323.53kHz、100kHz、50kHz、20kHz、10kHz、5kHz、2kHz、1kHz。本机测量的信号频率应在70kHz以下。 最高输入电压：共两挡可选：±2.5V，±12.5V，如果接入10：1示波器探棒，最大输入电压可达±125V。 输入阻抗：1MΩ。 供电电压：无需外部供电，直接从PC机的USB口取电。 接口：USB接口。 二、硬件设计 具体电路原理图见附录一，从图中可以看出电路的输入信号调理部分和信号转换部分与常见的并口示波器相同，R10、R11、R12、R13、R14、C19、C20和C21构成输入交直流切换和衰减网络，提供交直流输入切换和1：1、1：5的输入信号切换功能；TL074中的一个运放U 1 A和其周边元件构成一个跟随放大器，提供了输入保护和阻抗转换功能；TL074中的另一个运放U1B
示波器的使用方法教程 ST-16示波器的使用 示波器是有着极其广泛用途的测量仪器之一〃借助示波器能形象地观察波形的瞬变过程，还可以测量电压。电流、周期和相位，检查放大器的失真情况等〃示波器的型号很多，它的基本使用方法是差不多的〃下面以通用ST一16型示波器为例，介绍示波器的使用方法。 面板上旋钮或开关的功能 图1是ST一16型示波器的面板图。 示波器是以数字座标为基础来显示波形的〃通常以X轴表示时间，Y轴表示幅度〃因而在图1中，面板下半部以中线为界，左面的旋钮全用于Y轴，右面的旋钮全用于X 轴。面板上半部分为显示屏。显示屏的右边有三个旋钮是调屏幕用的〃所有的旋钮，开关功能见表1。其中8、10，14，16号旋钮不需经常调，做成内藏式。
显示屏读数方法 在显示屏上，水平方向X轴有10格刻度，垂直方向Y轴有8格刻度〃这里的一格刻度读做一标度，用div表示〃根据被测波形垂直方向(或水平方向)所占有的标度数，乘以垂直输入灵敏度开关所在档位的V／div数(或水平方向t／div)，得出的积便是测量结果。Y轴使用10：1衰减探头的话还需再乘10。 例如图2中测电压峰—峰值时，V／div档用0〃1V／div，输入端用了10 ： l 衰减探头，则Vp－p＝0〃1V／div×3〃6div×10＝3〃6V，t／div档为2ms／div，则波形的周期：T＝2ms／div×4div＝8ms。 使用前的准备 示波器用于旋钮与开关比较多，初次使用往往会感到无从着手。初学者可按表2方式进行调节。表2位置对示波器久藏复用或会使用者也适用。
使用前的校准 示波器的测试精度与电源电压有关，当电网电压偏离时，会产生较大的测量误差〃因此在使用前必须对垂直和水平系统进行校准。校准方法步骤如下： 1〃接通电源，指示灯有红光显示，稍等片刻，逆时针调节辉度旋钮，并适当调准聚焦，屏幕上就显示出不同步的校准信号方波。 2〃将触发电平调离“自动”位置，逆时针方向旋转旋钮使方波波形同步为止。并适当调节水平移位(11)和垂直移位(5)。 3〃分别调节垂直输入部分增益校准旋钮(10)和水平扫描部分的扫描校准旋钮(14)，使屏幕显示的标准方波的垂直幅度为5div，水平宽度为10div，如图3所示，ST一16示波器便可正常工作了。 示波器演示和测量举例 一，用ST一16示波器演示半波整流工作原理： 首先将垂直输入灵敏度选择开关(以下简写V／div)拨到每格0〃5V档，扫描时间转换开关(s／div)拨至每格5ms档，输入耦合开关拨至AC档，将输入探头的两端与电源变压器次级相接，见图4，这时屏幕显示如图5(a)所示的交流电压波形。 如果将探头移到二极管的负端处，这时屏幕上显示图5(b)所示的半波脉冲电压波形〃接上容量较大的电解电容器C进行滤波，调节一下触发电平旋钮(15)，在示波器屏幕上可看到较为平稳的直流电压波形，见图5(c)。电容C的容量越大，脉冲成分越小，电压越平稳。
STM32的数字示波器设计 示波器的设计分为硬件设计和软件设计两部分。示波器的控制核心采用ARM9，由于STM32芯片里有自带的AD，采样速率最高为500KSPS,分辨率为10位，供电电压为3.3V，基本上能满足本设计要求，显示部分用3.2寸TFTLCD（分辨率：320*240）模块。软件部分采用C语言进行设计，设计环境为Keil。 硬件总体结构 该设计采用模块化的设计方法，根据系统功能把整个系统分成不同的具有特定功能的模块，硬件整体框图如下图所示。 该示波器由4部分电路构成，分别是： (1)输入程控放大衰减电路； (2)极性转换电路； (3)AD转换电路； (4)显示控制电路； (5)按键控制电路； 整体设计思路是：信号从探头输入，进入程控放大衰减电路进行放大衰减，程控放大器对电压大的信号进行衰减，对电压小信号进行放大以符合AD的测量范围，经过处理后信号进入极性转换电路进行
电平调整成0—3.3V电压，因为被测信号可能是交流信号，而AD只能测量正极性电信号，经调整后送入AD转换电器对信号进行采样，采样所得数据送入LCD显示，这样实现了波形的显示。按键控制可以通过不同的按键来控制波形的放大和缩小，同时也可以改变采样间隔，以测量更大频率范围的信号。 STM32处理器介绍 STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品。 本设计所用的STM32F103VCT6集成的片上功能如下： (1) 1.2v内核供电，1.8V/2.5V/3.3/V存储器供电，3.3V外部I/O供电 (2)外部存储控制器 (3)(3) LCD 控制器 (4) 4通道DNA并有外部请求引脚 (5) 3通道UART (6) 2通道SPI
山东科技大学 课程设计报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 小组成员：
基于STM32的数字示波器设计 -----------硬件方面设计 摘要 本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以ARM9[2]为控制核心数字示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，波形处理，LCD显示灯模块。前级电路处理包括程控放大衰减器，极性转换电路，过零比较器组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。充分使用了Proteus Multisim仿真工具，大大提高了设计效率，可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ 的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V,并实现波形的放大和缩小，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的频率。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本。 关键词：AD ，ARM，实时采样，数字示波器
目录 前言---------------------------------------------------------------------------------3第一章绪论--------------------------------------------------------------------4 1.1课题背景---------------------------------------------------------------------4 1.2课题研究目的及意义----------------------------------------------------4 1.3课题主要的研究内容----------------------------------------------------5 第二章系统的整体设计方案--------------------------------------------6 2.1硬件总体结构思路--------------------------------------------------------6 第三章硬件结构设计------------------------------------------------------------7 3.1程控放大模块设计-------------------------------------------------------7 3.1.1程控放大电路的作用-------------------------------------------7 3.1.2程控放大电路所用芯片---------------------------------------7 3.1.3AD603放大电路及原理----------------------------------------8 3.2极性转换电路设计------------------------------------------------------10 3.3 AD转换电路及LED显示电路等(由组内其他同学完成) 第四章软件设计(由组内其他同学完成) 第五章性能能测试与分析--------------------------------------------------15 第六章设计结论及感悟-----------------------------------------------17参考文献----------------------------------------------------------------------18
山东科技大学电子技术综合实践报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 1001050903 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013.6.18 摘要
本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器
前言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2课题研究的目的和意义 (2) 1.3课题的主要研究工作 (3) 第2章系统整体设计方案 (3) 2.1硬件总体结构 (3) 2.2系统实现的原理介绍 (4) 2.2.1 STM32处理器介绍 (4) 2.2.2 LCD显示介绍 (5) 2.3软件整体设计 (6) 2.4数字手持示波器技术参数 (6) 第3章软件编程与调试 (7) 3.1软件设计总体框图 (7) 3.2键盘控制程序 (7) 3.3峰峰值测量程序设计 (8) 3.4LCD显示程序设计 (9) 第四章性能测试与分析 (11) 第五章总结 (13) 第六章参考文献 (14)
示波器的使用 【实验目的】 1.了解示波器的结构和示波器的示波原理； 2.掌握示波器的使用方法，学会用示波器观察各种信号的波形； 3.学会用示波器测量直流、正弦交流信号电压； 4.观察利萨如图，学会测量正弦信号频率的方法。 【实验仪器】 YB4320/20A/40双踪示波器，函数信号发生器，电池、万用电表。 图1实验仪器实物图 【实验原理】 示波器是一种能观察各种电信号波形并可测量其电压、频率等的电子测量仪器。示波器还能对一些能转化成电信号的非电量进行观测，因而它还是一种应用非常广泛的、通用的电子显示器。 1．示波器的基本结构 示波器的型号很多，但其基本结构类似。示波器主要是由示波管、X轴与Y轴衰减器和放大器、锯齿波发生器、整步电路、和电源等几步分组成。其框图如图2所示。
图2示波器原理框图 (1)示波管 示波管由电子枪、偏转板、显示屏组成。 电子枪：由灯丝H、阴极K、控制栅极G、第一阳极A1、第二阳极A2组成。灯丝通电发热，使阴极受热后发射大量电子并经栅极孔出射。这束发散的电子经圆筒状的第一阳极A1和第二阳极A2所产生的电场加速后会聚于荧光屏上一点，称为聚焦。A1与K之间的电压通常为几百伏特，可用电位器W2调节，A1与K 之间的电压除有加速电子的作用外，主要是达到聚焦电子的目的，所以A1称为聚焦阳极。W2即为示波器面板上的聚焦旋钮。A2与K之间的电压为1千多伏以上，可通过电位器W3调节，A2与K之间的电压除了有聚焦电子的作用外，主要是达到加速电子的作用，因其对电子的加速作用比A1大得多，故称A2为加速阳极。在有的示波器面板上设有W3，并称其为辅助聚焦旋钮。 在栅极G与阳极K之间加了一负电压即U K﹥U G，调节电位器W1可改变它们之间的电势差。如果G、K间的负电压的绝对值越小，通过G的电子就越多，电子束打到荧光屏上的光点就越亮，调节W1可调节光点的亮度。W1在示波器面板上为“辉度”旋钮。 偏转板：水平(X轴)偏转板由D1、D2组成，垂直(Y轴)偏转板由D3、、D4组成。偏转板加上电压后可改变电子束的运动方向，从而可改变电子束在荧光屏上产生的亮点的位置。电子束偏转的距离与偏转板两极板间的电势差成正比。 显示屏：显示屏是在示波器底部玻璃内涂上一层荧光物质，高速电子打在上面就会发荧光，单位时间打在上面的电子越多，电子的速度越大光点的辉度就越大。荧光屏上的发光能持续一段时间称为余辉时间。按余辉的长短，示波器分为长、中、短余辉三种。 (2)X轴与Y轴衰减器和放大器 示波管偏转板的灵敏度较低(约为0.1～1mm/V)当输入信号电压不大时，荧光屏上的光点偏移很小而无法观测。因而要对信号电压放大后再加到偏转板上，为此在示波器中设置了X轴与Y轴放大器。当输入信号电压很大时，放大器无法正常工作，使输入信号发生畸变，甚至使仪器损坏，因此在放大器前级设置有衰减器。X轴与Y轴衰减器和放大器配合使用，以满足对各种信号观测的要求。
示波器的原理和使用方法 在数字电路实验中，需要使用若干仪器、仪表观察实验现象和结果。常用的电子测量仪器有万用表、逻辑笔、普通示波器、存储示波器、逻辑分析仪等。万用表和逻辑笔使用方法比较简单，而逻辑分析仪和存储示波器目前在数字电路教学实验中应用还不十分普遍。示波器是一种使用非常广泛，且使用相对复杂的仪器。本章从使用的角度介绍一下示波器的原理和使用方法。 1 示波器工作原理 示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、x轴偏转系统、y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。 1．1 示波管 阴极射线管(crt)简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。正如图1所示，电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。 1．荧光屏 现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。 当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10％所经过的时间叫做“余辉时间”。余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0．1s为中余辉，0．1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。 由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。 2．电子枪及聚焦 电子枪由灯丝(f)、阴极(k)、栅极(g1)、前加速极(g2)(或称第二栅极)、第一阳极(a1)和第二阳极(a2)组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的w1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极g2与a2相连，所加电位比a1高。g2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。 电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。第一次聚焦由k、g1、g2完成，k、k、g1、g2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在g2、a1、a2区域，调节第二阳极a2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。a1上的电压叫做聚焦电压，a1又被叫做聚焦极。有时调节a1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极a2的电压，a2又叫做辅助聚焦极。 3．偏转系统 偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波
电信专业综合实践 设计题目：在LPC2210 开发板的基础上 ----------简易数字示波器设计 学校： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2011．1．1
目录 第1章设计内容与要求 ...................................... 错误!未定义书签。 1.1 设计内容............................................ 错误!未定义书签。 1.2 设计要求............................................ 错误!未定义书签。 1.3 系统功能............................................ 错误!未定义书签。 1.4 应用分析............................................ 错误!未定义书签。第2章系统总体设计 ........................................ 错误!未定义书签。 2.1 总体框图............................................ 错误!未定义书签。 2.2 总体设计分析........................................ 错误!未定义书签。第3章硬件结构............................................ 错误!未定义书签。 3.1 5V电源电路.......................................... 错误!未定义书签。 3.2 系统电源电路........................................ 错误!未定义书签。 3.3 复位电路............................................ 错误!未定义书签。 3.4 JTAG接口电路........................................ 错误!未定义书签。 3.5 系统存储器电路...................................... 错误!未定义书签。 3.6 TFT液晶接口电路 (12) 3.7 串口接口电路 (13) 3.8 ADC电路 (14) 3.9 按键控制电路........................................ 错误!未定义书签。 3.10 主芯片电路 (14) 第4章软件分析 (14) 4.1 软件框图分析 (14) 4.2 任务的划分 (15) 4.3 任务的优先级设计 (15) 4.4 液晶初始化设计 (16) 4.5 定时器设计 (16) 4.6 AD转换设计 (16)
3.1 波形显示原理 示波器是电子示波器的简称，是一种用途极为广泛的电子测量仪器。它的基本原理是利用电子束轰击阴极射线管（CRT），并使它发光来产生肉眼可见的光点。我们知道，电子学中的信号大都是时间的变量，信号随时间的变化可用函数f(t)来描述。在示波器上，如果用X轴代表时间，用Y轴代表f(t)，来描绘出被测信号随时间的变化规律，就把我们肉眼看不见的，非常抽象的电信号变化过程，转换为肉眼可以直接观看的波形，在荧光屏上显示出来，从而可以对电信号进行分析并测量其参数。示波器可以测量很多电参数，如电压、电流、功率、频率、周期、相位、脉冲宽度、脉冲上升及下降时间等。如果配上相应的传感器，还可以用来测量温度、压力、振动、密度、声、光、热、磁效应等非电量。因而示波器在各个领域中得到了越来越多的应用。 示波器对电信号的分析是按时域法进行的，研究信号的瞬间幅度与时间的函数关系，因此有捕获、显示及分析时域波形的功能。作为实验室常用的电子测量仪器，它具有下述特点： ①具有良好的直观性，能显示波形，能测信号瞬时值。 ②灵敏度高，显示速度快，工作频带宽，可方便观察瞬变信号细节。 ③输入阻抗高（MΩ级），对被测电路影响小，这对测量精度是很重要的。 ④是一种信号比较器，可显示、分析任意两个量之间的函数关系。 无论现在和将来，电子示波器都是一种不可缺少的电子测量仪器，它正向自动化、智能化方向发展。 3．1．1 波形显示原理 1．示波管工作原理： 电子示波器的心脏是示波管，又称阴极射线管（CRT），它是一种特殊的电子管，是能够把电信号转换为光信号的显示器件，因此是示波器能观测电信号波形的关键器件。示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成，它的基本结构如图2－1所示。 图3-1：示波管的基本原理图 电子枪的作用是产生极细的高速电子束，轰击荧光屏产生光点。目前绝大多数示波管采用无阳极电流型电子枪，它由灯丝（F）、阴极（K）、控制栅极（G）、第一阳极（A1）和第二阳极（A2）组成。除灯丝电极外，其余电极的结构均为金属圆筒形，且所有电极的轴心都保持在同一条轴线上。从电子枪射出的电子束，若不受电场的作用，则将沿直线前进在荧光屏上显示出静止光点；如果电子束受到垂直方向的电场作用，则其运动方向就会在垂直方向偏离中心轴线，即光屏上的光点位置就会在垂直方向产生位移。如电子束受到水平方向的电场作用，则其运动方向就会在水平方向偏离中心轴线，即荧光屏上的光点位置就会在水平方向产生位移。示波管第二阳极和荧光屏之间由两对互相垂直的偏转板X和Y组成静电偏转系统，分别称为水平偏转板和垂直偏转板；在每对偏转板上加上适当电压，分别控制电子束在水平方向和垂直方向的位移，根据运动的合成法则，两对偏转板共同配合，就决定了任一
科技大学 电子技术综合实践报告设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 1001050903 学生： 指导教师： 设计时间：2013.6.18 摘要
本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度围为-3.3V—+3.3V，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器
前言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2课题研究的目的和意义 (2) 1.3课题的主要研究工作 (3) 第2章系统整体设计方案 (3) 2.1硬件总体结构 (3) 2.2系统实现的原理介绍 (4) 2.2.1 STM32处理器介绍 (4) 2.2.2 LCD显示介绍 (5) 2.3软件整体设计 (6) 2.4数字手持示波器技术参数 (6) 第3章软件编程与调试 (7) 3.1软件设计总体框图 (7) 3.2键盘控制程序 (7) 3.3峰峰值测量程序设计 (8) 3.4LCD显示程序设计 (9) 第四章性能测试与分析 (12) 第五章总结 (14) 第六章参考文献 (15)
示波器基本使用方法文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
示波器基本使用方法 荧光屏 荧光屏是示波管的显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。水平方向指示时间，垂直方向指示电压。水平方向分为10格，垂直方向分为8格，每格又分为5份。垂直方向标有0%，10%，90%，100%等标志，水平方向标有10%，90%标志，供测直流电平、交流信号幅度、延迟时间等参数使用。根据被测信号在屏幕上占的格数乘以适当的比例常数(V/DIV，TIME/DIV)能得出电压值与时间值。 示波管和电源系统 1.电源(Power) 示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。 2.辉度(Intensity) 旋转此旋钮能改变光点和扫描线的亮度。观察低频信号时可小些，高频信号时大些。一般不应太亮，以保护荧光屏。 3.聚焦(Focus) 聚焦旋钮调节电子束截面大小，将扫描线聚焦成最清晰状态。 4.标尺亮度(Illuminance)
此旋钮调节荧光屏后面的照明灯亮度。正常室内光线下，照明灯暗一些好。室内光线不足的环境中，可适当调亮照明灯。 2.3 垂直偏转因数和水平偏转因数 1.垂直偏转因数选择(VOLTS/DIV)和微调 在单位输入信号作用下，光点在屏幕上偏移的距离称为偏移灵敏度，这一定义对X轴和Y轴都适用。灵敏度的倒数称为偏转因数。垂直灵敏度的单位是为cm/V，cm/mV或者DIV/mV，DIV/V，垂直偏转因数的单位是V/cm，mV/cm或者V/DIV，mV/DIV。实际上因习惯用法和测量电压读数的方便，有时也把偏转因数当灵敏度。 踪示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按1，2，5方式从 5mV/DIV到5V/DIV分为10档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于1V/DIV档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化1V。 每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校准”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍(偏转因数缩小若干倍)。例如，如果波段开关指示的偏转因数是1V/DIV，采用×5扩展状态时，垂直偏转因数是0.2V/DIV。 在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。
基于S T M的数字示波器 设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
山东科技大学电子技术综合实践报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 03 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 摘要
本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度范围为—+，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器
前言 0 第1章绪论 (1) 课题背景 (1) 课题研究的目的和意义 (1) 课题的主要研究工作 (2) 第2章系统整体设计方案 (2) 硬件总体结构 (2) 系统实现的原理介绍 (3) STM32处理器介绍 (3) LCD显示介绍 (4) 软件整体设计 (5) 数字手持示波器技术参数 (5) 第3章软件编程与调试 (6) 软件设计总体框图 (6) 键盘控制程序 (7) 峰峰值测量程序设计 (7) LCD显示程序设计 (8) 第四章性能测试与分析 (8) 第五章总结 (9) 第六章参考文献 (9)
款简易示波器的设计方案 随着电子通信以及教学事业的发展，示波器的应用 越来越广泛，它在教学中所起到的作用越来越重要，示波器可以测量信号的幅度，频率以及波形等等，但是高精度的示波器非常昂贵，对于非盈利事业的教学组织来说无疑不合适，所以提出了一种以单片机为控制核心的简易示波器设计方案。它由前向控制部分，数据采集和存储部分， 51 单片机控 制部分以及按键和 MS12864R 显示部分组成。 1 简易数字示波器的工作原理以及总体框架本设计硬件电路部分由单片机控制系统电路，前向输入调理电路，模数转换和存储电路，以及按键显示电路组成。其工作的基本思路就是以单片机为控制核心，让 AD 芯片完成数据的离散化，采集数据经过缓冲暂存于存储器里面，当波形显示时，单片机从存储器的读使能端读取采集数据存于数组中，然后进行相应的数据处理并把所存取得数据按一定的顺序打在液晶显示器相应的位置上，从而再现波形信号 ;其中输入调理电路由阻抗变换电路，信号抬升电路以及频率测量电路构成，阻抗变换电路是为了提高输入阻抗，信号抬升是为了使信号的幅度满足 AD 芯片的输入幅度要求，频率测量电路主要是测量周期性信号的频率。总体设计框图如图 1 所示。 2 硬件设计 2.1 前端信号的处理本模块具有两
信号位置的变换主要由阻抗变换电路，信号抬升电路构成， 阻抗变换采用 ua741 构建的阻随放大电路， 信 用 ua741 构 成的加法电路， 信号位置的处理主要是对被测输 入信号在幅度与偏移方面进行线性处理，使信号在垂直方向 处于 A/D 转换器的输入范围内。 波形变换电路是用来测量 输入信号的频率，但是单片机属于数字器件，为此，我们需 随着写入数据或者读取数据而使地址指针进行递增或者递 减来实现寻址，两者中间接了一个缓冲器，这样可以起到数 据缓冲作用，在MCU 与AD 之间接入FIFO 的作用是起到数 据缓冲的作用，因为 AD 的时钟高于 MCU 的工作频率，所 以让 AD 和 FIFO 同步工作来存储 AD 转换的输出数据，实 验中 AD 与 FIFO 的时钟同步，来自于 ALE 引脚，为了使时 钟更加稳定， 可以让 ALE 信号先经过与门再送往采集存储模 块;FIFO 有3个标志位引脚，FF 满标志，HF 半满标志以及 EF 空标志，本设计只利用了 FF 满标志，当 FIFO 存满时通 知单片机来读取数据，这是单片机使 FIFO 的写使能禁止， 大功能， 是输入信号位置的变换 ;二是信号波形的变换 号抬升电路采 要对输入信号进行波形变换以及脉冲整形 ;硬件电路设计如 图2 所示。 2.2 信号的采集与存储 数据采集部分㈣ 是本设计的核心部分，本设计采用 BB 公司的 8 位 AD, 试验 中让 AD 完成数据采集，采集完数据送往 FIFO, 通过 FIFO 中继再送往单片机， FIFO 是一种双口 RAM, 它没有地址线，