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。

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