簡易數(shù)字存儲示波器設(shè)計顯示器鍵盤ABRESETYX通用示波器簡易DSO有關(guān)現(xiàn)代顯示技術(shù)掃描顯示光柵顯示點陣顯示顯示方式用途顯示器件掃描顯示示波器、掃頻儀、頻譜分析儀CRT光柵顯示掃頻儀CRT點陣顯示示波器、掃頻儀、頻譜分析儀LCD本賽題是:CRT掃描顯示電子測量的一種典型技術(shù)賽題任務(wù)書

一任務(wù):設(shè)計一簡易數(shù)字存儲示波器(簡易DSO)

二要求

(1)信號頻率：DC~50kHz，Ri>100kΩ；(2)垂直：32級/div，水平20點/div，屏幕面積8×10div2；(3)垂直靈敏度：0.1V/div，1V/div，誤差≤5%

；(4)水平掃速：0.2s/div，0.2ms/div，20μs/div，誤差≤5%；(5)單次觸發(fā)、擴展、內(nèi)觸發(fā)、上升沿、電平可調(diào)；(6)顯示波形無明顯失真。1.基本要求賽題任務(wù)書賽題任務(wù)書——要求2.發(fā)揮部分（1）連續(xù)觸發(fā)存儲方式，并有“鎖存功能”；（2）雙蹤顯示；（3）水平移動擴展一倍；（4）垂直靈敏度0.01V/div，低輸入噪聲電壓。賽題任務(wù)書主要內(nèi)容:*對賽題要求的分析*方案討論*部分電路設(shè)計及模擬*安裝調(diào)試*測試結(jié)果*小結(jié)*展望簡易數(shù)字存儲示波器設(shè)計（解析）(1)工作流程：采集、存儲、顯示。

具有：A/D、RAM、D/A等主要器件；(2)內(nèi)觸發(fā)上升沿、觸發(fā)電平可調(diào)；

掃描速度0.2s/div，0.2ms/div，20μs/div；

垂直靈敏度0.1V/div，1V/div，0.01V/div，

連續(xù)、移動擴展、雙蹤。

要具有控制功能

1.控制器2.人機接口1.對賽題要求的分析（3）簡易DSO組成框圖1.對賽題要求的分析Y通道包括前向通道和后向通道2.方案討論2.1采樣方式的選擇

實時采樣和等效時間采樣題中要求信號DC~50kHz，樣點直接恢復(fù)方式為20點/周期，采速高達1000kHz(1μs)，A/D轉(zhuǎn)換速率1Ms/s采用實時采樣方式

*對控制器的要求

采集速率：高達1000kHz(1μs)，低至20ms；（決定于掃描速度） 樣點恢復(fù)速率：10kHz； 程控增益：1V/div，0.1V/div，0.01V/div 雙蹤、擴展…*三種方案(1)VLSI例如CPLD(2)MUC(3)MUC+CPLD 2.方案討論2.2控制器的選擇

選擇方案（（3）MUC和CPLD控制器框圖圖：方案特點(1)速度快，煩瑣，難度大（2）速度不能達到采樣速率的要求（3）MUC和CPLD可以適當(dāng)分工，實現(xiàn)控制功能2.方案討論2.3技術(shù)指標(biāo)初初步分配（誤差是定定量指標(biāo)））（1）信號號通道前向通道（（采集、存存儲）≤2.5%后向通道（（恢復(fù)）≤2%2.5%+2%=4.5%≤≤5%（2）時基（（時間基線線、掃描速速度）控制信號（（采樣時鐘鐘）誤差忽忽略不計掃描電壓及及輸出電路路≤2%2.方案討論簡易DSO劃分為3個部分:

Y通道（前、、后向通道道）、X通道和控制制器3.1前向通道*作用（（初步步構(gòu)思）3.部分電路設(shè)設(shè)計及模擬擬S1校零，S2校滿度*內(nèi)容容信號調(diào)理電電路；低低通濾波器器；電平移移位；前向通道通通道性能分分析；雙蹤蹤顯示；觸觸發(fā)電路。。3.部分電路設(shè)設(shè)計及模擬擬1）輸入電路路*要求求:Ri’≥100kΩ，輸入噪聲電電壓影響；；*輸輸入電阻（（阻抗）對對被測系統(tǒng)統(tǒng)的影響Z越高，影響響越小。*輸入入電路3.部分電路設(shè)設(shè)計及模擬擬*取R≥100kΩ*運算放大器器LF353初步核算：輸入電阻Ri’=R//Ri≈R≈≈100kΩ；輸入端噪聲聲電壓3.6nV，而最高靈敏敏度時的測測量分辨力力為312μV，3.6nV《312μV2）信號調(diào)調(diào)理電路*作用使使信號符符合A/D輸入的要求求（預(yù)計A/D輸入≤2V）*增益計算輸入幅度靈靈敏敏度×8div8V，0.8V，0.08增益0.25，2.5，25（由程控實實現(xiàn)）*電路圖3.部分電路設(shè)設(shè)計及模擬擬*有關(guān)關(guān)解釋程控開關(guān)Sn必須是模擬擬開關(guān)，選選擇集成開開關(guān)MAX4501；增益調(diào)節(jié)電電阻Rnn，模擬開關(guān)的的內(nèi)阻計人人其中；補償電容改改善通道頻頻響特性3.部分電路設(shè)設(shè)計及模擬擬3）低通濾波波器

*作作用：：抗混迭采采樣信信號的頻譜譜混迭現(xiàn)象象及改善方方法3.部分電路設(shè)設(shè)計及模擬擬*抗混混迭濾波器器電路*有有關(guān)關(guān)解解釋釋運算算放放大大器器構(gòu)構(gòu)成成有有源源低低通通濾濾波波器器；；二階階Butterworth低通通濾濾波波器器.3.部分分電電路路設(shè)設(shè)計計及及模模擬擬4）電電平平移移位位電電路路假設(shè)設(shè)A/D要求求+極性性輸輸入入電電壓壓，，而而此此前前電電路路輸輸出出±極性性電電壓壓。。5）前前向向通通道道性性能能分分析析*目目的的：：階階段段性性小小結(jié)結(jié)*內(nèi)內(nèi)容容：：頻頻率率特特性性的的模模擬擬；；元器器件件參參數(shù)數(shù)的的影影響響；；環(huán)境境溫溫度度的的影影響響。。3.部分分電電路路設(shè)設(shè)計計及及模模擬擬前向向通通道道頻頻率率特特性性的的模模擬擬（用用EWB對程程控控增增益益放放大大器器和和低低通通濾濾波波器器模模擬擬分分析析））3.部分分電電路路設(shè)設(shè)計計及及模模擬擬結(jié)果果-3dB帶寬寬80kHz〉〉50kHz滿足足設(shè)設(shè)計計要要求求6）雙雙蹤蹤示示波波器器的的實實現(xiàn)現(xiàn)*樣樣點點采采集集次次序序交交替替、、斷斷續(xù)續(xù)考慮慮最最慢慢采樣樣速速率率20ms/點，，選擇擇斷續(xù)續(xù)方方式式*樣樣點點數(shù)數(shù)/頁20點/div××10div=200點（（256）擴展展方方式式200××2=400點（（512）*電電路路方方案案3.部分分電電路路設(shè)設(shè)計計及及模模擬擬選擇擇方方法法二二7）觸觸發(fā)發(fā)電電路路*要要求求：：內(nèi)內(nèi)觸觸發(fā)發(fā)、、正正沿沿、、觸觸發(fā)發(fā)電電平平可可以以調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)；；*電電路路3.部分分電電路路設(shè)設(shè)計計及及模模擬擬說明明：：觸發(fā)發(fā)信信號號來來自自A通道道；；采用用比比較較器器，，比比較較電電平平的的極極性性為為+、可可以以調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)；；輸出出為為下下降降沿沿，，向向單單片片機機申申請請中中斷斷（（））。3.2信號號的的采采樣樣、、量量化化、、存存儲儲(DSO的基本本技技術(shù)術(shù)））1）采樣樣和和模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器（（A/D）A/D的技技術(shù)術(shù)要要求求（1）轉(zhuǎn)換換速速率率20μs/div1μs/點1Ms/s（2）量化化位位數(shù)數(shù)32級/div×8=256級/8div256=288bit量化化誤誤差差1LSB=1/280.4%（3）輸入入幅幅度度+（0---2）V選擇擇：：TLC55103.部分分電電路路設(shè)設(shè)計計及及模模擬擬關(guān)于于TLC5510①內(nèi)含含S/H；②為半半閃閃爍爍結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)（（flash)，兩個個4bit并行行A/D組合合為為8bit轉(zhuǎn)換換速速率率20Ms/s；③輸入入信信號號+（0––2）V；④基準(zhǔn)準(zhǔn)電電壓壓+2V等等TLC5510內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)構(gòu)3.部分電路設(shè)計計及模擬2）數(shù)據(jù)存存儲器要求：存儲容量單單蹤512byte，雙蹤1024byte；寫速率1μs/點；RAM或FIFO或雙口RAM。3）電路方案3.部分電路設(shè)計計及模擬雙A/D，RAM實現(xiàn)雙蹤要求求3.3后向通道1)設(shè)計要求將數(shù)字信號(RAM中的數(shù)據(jù))恢復(fù)為模擬信信號并作為通通用示波器的Y輸入信號(8V)，A、B信號從同一個個Y端輸入。要考慮的問題題：信號恢復(fù)復(fù)電路及器件件選擇，同步步掃描電壓，，雙蹤顯示。2）信號恢復(fù)采用器件D/A恢復(fù)速率選選擇宜宜人的觀察速速率10kHz100μs/點256點×100μs/點=25.6ms(40次/秒）這樣可以免除的高高速D/A的要求（是DSO的優(yōu)點）；D/A選擇DAC0832。3.部分電路設(shè)計計及模擬3）同步掃掃描電壓設(shè)計計*同步步作用顯顯示穩(wěn)穩(wěn)定的信號波波形3.部分電路設(shè)計計及模擬*同步步掃描電壓設(shè)設(shè)計兩種產(chǎn)生掃描描電壓的方法法：通用示波器掃掃描電壓(要同步信號)簡易DSO產(chǎn)生選擇由簡易DSO產(chǎn)生*掃描電電壓的產(chǎn)生用D/A產(chǎn)生D/A選擇DAC0832（與信號恢復(fù)器件件一致）D/A輸入數(shù)據(jù)為8bit（00—FF）H遞增，（實實際為階梯波波而不是斜波波）關(guān)于擴展顯示的信號恢復(fù)①基本思想3.部分電路設(shè)計計及模擬恢復(fù)的數(shù)據(jù)在兩個頁面中中取連續(xù)的256點掃描電壓與與前相同同因此，擴展顯顯示是移動地地在兩個頁面中顯顯示一個頁面面，關(guān)鍵是控控制電路和軟軟件。4）雙蹤顯示要求：…問題：A、B兩個信號恢復(fù)復(fù)后的顯示如如圖（a)所示，不便于于觀察。實際際要求將A、B兩個信號分別別顯示在通用用示波器屏幕幕的上下方，，如圖（b)所示，要求進行光跡跡分離。3.部分電路設(shè)計計及模擬光跡分離兩種種方法：電電平位移；；數(shù)據(jù)處理。5）數(shù)據(jù)恢恢復(fù)電路3.部分電路設(shè)計計及模擬有關(guān)解釋：①D/AYA、D/AYA和D/AX分別用于恢復(fù)復(fù)A、B信號和產(chǎn)生掃掃描電壓②AY和AX為Y和X的輸出出電電路.③在同一地址的的A、B數(shù)據(jù)分時地進進行恢復(fù)復(fù)，否則則兩信號的光光跡跡要重疊。3.4控制器的設(shè)計計控制器的作用用控制制、數(shù)據(jù)處理理；控制器的組成成控制制器自身、人人機接口。1）鍵盤性質(zhì)矩陣陣掃描非編碼碼鍵盤組成（8個鍵）3.部分電路設(shè)計計及模擬對鍵盤的解釋：：（1）按下的鍵狀狀態(tài)為“0”；（2）s/div和V/div為+1鍵編碼關(guān)關(guān)系見表6.1；（3）默認的儀器器工作狀態(tài)：：0.2ms/div、0.1V/div；（4）擴展移動鍵每每按一次+5；（5）底層控制器器（CPLD）掃描鍵盤，有有鍵按下時向向頂?shù)讓涌刂浦破鳎▎纹瑱C）申申請中斷（））；（6）儀器的復(fù)位位鍵（RESET）不屬于鍵盤管管理。3.部分電路設(shè)計計及模擬3）控制器的硬硬件設(shè)計（1）DSO的操作時序鍵盤輸入(相關(guān)設(shè)置)啟動等等待觸發(fā)儀儀器器操作（采集集、存儲、、數(shù)據(jù)處理、、信號恢復(fù)、、顯示）見見圖6.20，例如3.部分電路設(shè)計計及模擬（2）控制信信號3.部分電路設(shè)計計及模擬種類用途來源靜態(tài)信號校零輸入短路CPLD校滿度輸入端接0.8VCPLD程控增益和掃描速度分別接通增益和選擇時鐘CPLD

動

態(tài)

信

號開始寫數(shù)據(jù)RAMa和RAMb地址為00HCPLD停止寫數(shù)據(jù)RAMa和RAMb地址為FFH或1FFHCPLD數(shù)據(jù)處理將零點偏移、滿度校準(zhǔn)以及光跡分離量計入采集數(shù)據(jù)單片機和CPLD啟動顯示從RAM讀數(shù)據(jù)至D/A單片機和CPLD

擴展顯示選擇數(shù)據(jù)的起點地址X單片機和CPLD鎖存顯示不再采集數(shù)據(jù)，繼續(xù)顯示單片機和CPLD雙蹤顯示A、B信號同時顯示單片機和CPLD單次觸發(fā)只產(chǎn)生一次觸發(fā)掃描單片機和CPLD（3）控制器器件的選擇MUCAT89C52CPLDACEX1K10AT89C528bit12MHz、8kbyteEEPROM、256byteRAMACEX1K103.5ns時鐘I/OEBA(512byte)(可以在線編程程）從存儲器的配配置來說，如如此選擇是極極其有利的（4）控制器電路路圖3.部分電路設(shè)計計及模擬3.部分電路設(shè)計計及模擬*底層控控制器電路3.部分電路設(shè)計計及模擬*頂層控控制器電路①兩層控控制器總線連連接（PartA）鎖存器連接直接連接3.部分電路設(shè)計計及模擬*對控制電電路的說明CPLD部分②時鐘鐘信號產(chǎn)生電電路（PartB）時鐘信號種類類：輸入10MHz；3種采樣時鐘（由由掃選擇）和和100Hz；選擇時鐘的編編碼自PartD信號采集時：：數(shù)據(jù)來自A/D；Reset開始存儲（00H）；寫時鐘來自PartB。信號恢復(fù)時：：讀讀時鐘自單單片機；讀讀允允許信號自PartD；讀出數(shù)據(jù)經(jīng)過過數(shù)據(jù)選擇器器至單片機機。3.部分電路設(shè)計計及模擬③數(shù)據(jù)存儲器器（PartC）鎖存器（a)輸出時鐘選擇擇碼；鎖存器（b)輸出產(chǎn)生掃描描電壓的數(shù)據(jù)；鎖存器（c)至前向通道控制開關(guān)關(guān)；緩沖器（d)傳遞鍵值編碼碼它們的選通由由單片機P1口通過138實現(xiàn)3.部分電路設(shè)計計及模擬④有關(guān)的的控制信號（（PartD）掃描時鐘100Hz，自PartB；輸出行掃描信信號，讀入列列信號，輸出鍵值編碼，，至PartD；向單片機申請請中斷。。3.部分電路設(shè)