DIY手持多用示波表,系统解决方案,软硬件实现

2014-08-15 10:36:16来源: eefocus

一、项目概述

1.1 引言

示波器自1933年诞生至今已经有70多年的历史。它是电子电路设计人员用来观察波形的主要工具,它可以让设计人员直观的看到所要观测到的波形。因此,示波器在信号观测领域一直都扮演着非常重要的角色。传统的模拟示波器信号带宽频率受到阴极射线管的限制而不可能太高,难以测量慢速信号或单次瞬变信号,预触发功能难以实现和不便对波形数据进行数字处理分析等等,因而在许多应用领域中存在着局限性。随着科学技术的飞速发展,单次信号的捕捉,测量和研究越来越受到人们的关注和重视,在信息领域、高速计算机、高速数据通信和高速数字集成电路及其系统内,面临着硬件、软件、以及由软硬件共同作用而产生的偶发性故障,迫切需要更高速的示波器才能得心应手的解决这些难题。随着数字集成电路和高性能微处理器技术的发展,数字存储示波器(DSO)出现了。数字存储示波器整个系统的调节全部由微处理器在相应的软件支持下自动进行,包括自动设置、自动测量、自动校正、波形存储、计算机I/O和打印输出等一系列优点。数字存储示波器的出现开创了示波器的新纪元,它为示波器的智能化打下了坚实的基础,同时它还标志着示波器的发展进入了一个新的时代。

与此同时,波形发生器也是电子工程人员不可或缺的一种工具,常被称作信号发生器,在教学实验或实际工作中作为信号源为电路提供所需的激励信号,因而是一种必不可少的工具。现代新型信号发生器的研制都采用直接数字频率合成(DDS)技术进行,这种技术是第三代频率合成技术的标志,主要特点是计算机参与频率合成,既可以用软件来实现,也可以用硬件来实现,或者二者结合。

本设计研制的多用手持示波表基于美国赛普拉斯公司生产的混合信号可编程芯片PSoC平台。该芯片内不仅集成了51微控制器,还集成了各种数字模块和模拟模块,各个模块可以通过系统内部总线相互通信,所以只用一颗芯片和少许的外围电路就能够完成整个系统的研制。

1.2 项目背景/选题动机

现在市面上的大多数示波器都是台式的,体形过于庞大和笨重,难以携带,对于狭小的场合应用很不方便,在高空作业和其他特殊场合的应用受到很大的限制,加上价格昂贵,动辄几千上万甚至数万元的价格不是每个人都能接受的,另外市面上手持示波表较少,并且功能单一,价格高昂,大部分采样率等较低,实际应用价值不大。

 本项目就是基于这种背景下开展的,采用美国赛普拉斯公司生产的混合信号可编程芯片PSoC平台来进行开发,可以有效的减少外围电路,使得示波器可以轻巧玲珑,另外增加了低频率的信号发生器功能,使得该示波器不仅具有示波器功能,还集成了信号发生器的功能。

二、需求分析

2.1 功能要求

(1)  设计一个可以准确显示波形并且能够观察波形参数的示波器,采集电压范围为-20V——20V,分辨率为100mV,可以准确分析信号的频率,电压,功率等参数。

(3)使用PSOC的DAC模块、PGA模块和LPF2模块来实现正弦,三角波,方波输出。

(4)带有锂电池充放电管理,便携的,手持的多功能示波表。

2.2 性能要求

(1)用外置A/D(实时采样率最高为60Mbps)完成对信号的采集,争取能够达到模拟带宽10M以上,实时采样率达到40M以上,实现仪器内触发方式,要求上升沿触发,触发电平可调,并且垂直灵敏度能达到1V, 100mV两档,扫描速度含20ms/div、2μs/div、100ns/div三档,波形周期测量误差≤5%,且被测信号的显示波形应无明显失真,带有FFT,余辉显示等功能。

(2)水平时基可以达到以下范围:2S,1S,500Ms,200Ms,100Ms,50Ms,20Ms,10Ms,5Ms,2Ms,1Ms,500uS,200uS,100uS,50uS,20uS,10uS,5uS,2uS,1uS,500nS,水平位置可调并有指示,存储深度达到5K。

(3)该信号发生器能够产生波形频率范围为0.1Hz~100kHz,频率分辨率为0.1%,输出的电压幅度为0V~5V的波形。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理(除图片外需有文字介绍)

 

系统硬件结构框图

系统硬件结构框图

下面就各个模块电路做以简单介绍

1.程控放大电路和电源电路:

将程控放大电路与电源电路放在一块讲,是因为他们有着密切的联系。

程控放大器的作用是对输入信号进行衰减或放大调整,使输出信号电压在AD转换器输入电压要求范围内,达到最好的测量与观察效果,所以程控放大器电路在规定带宽内的增益一定要平坦,故对运算放大器的要求比较高,在本电路中我选用的是NSC公司生产的高速运算放大器LM6172双运放,带宽为100MHz,转换速率3000v/μs,每通道消耗电流2.3mA,输出电流可达50mA,完全满足本电路的要求,选择该芯片的另一个原因是价格,邮购价格为8元一片,相比ADI,MAX等公司几十元一片的高速运放芯片来说算是很廉价了,电源采用正负双电源供电,由于整个电路总的电源输入为单8v,所以专门用一片dc/dc电路MC34063为其构成了负压转换器再经稳压得到-5v电压,+5v通过对输入电压稳压得到。

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关键字:DIY  手持多用示波表  AD转换  FIFO存储  程控放大

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0815/article_9310.html
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