示波器功能扩展电路设计实验报告

电子电路综合实验

实验报告

实验名称：示波器功能扩展电路的设计

学院：信息与通信工程学院

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课题名称：示波器功能扩展电路的设计

摘要：示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。在示波器的具体应用中，常常需要同时观测多路信号，或需要比较同一电路中不同点之间信号的频率、幅值和相位,以及观测电信号通过网络后的相移和失真等情况。为了对信号进行测量和比较研究,需要把不同信号或同一信号的不同部分同时显示在荧光屏上。这些都需要在荧光屏上能同时显示多路波形，本实验介绍的就是将单踪示波器转换为多踪示波器的装置。

关键词：示波器，555定时器，计数器，模拟开关，集成运算放大器

一、设计任务要求：

设计制作一个示波器功能扩展电路，该电路能够实现将普通双踪示波器改装成多综示波器进行多路信号测试。

1.基本要求

1)能够实现用示波器的一路探头稳定显示四路被测信号波形；

2)被测输入信号幅度为0-10V,频率不低于500Hz；

3)系统电源为DC±5V,设计该电路的电源部分。

2.提高要求

1）四路被测信号波形的大小可分别调整；

2）用CPLD设计示波器功能扩展电路的数字系统部分；

3）其他示波器功能扩展的设计和解决方案。

3.注意事项

1）被测信号的频率应较低，而用作多路选择器和阶梯波地址的信号频率应较高，最终实现类似于示波器的断续方式，即先显示一路信号的一部分，再显示下一电路的一部分，每一路信号实际上是不完整的，但视觉上的效果是连续的。2）阶梯波与选通后的被测信号叠加时，应调节各路信号的分压比使各路信号不重叠。

3）在电路正常工作的前提下，应尽量提高振荡器的频率以提高被测信号的频率范围。

4）设计与调测时，需用示波器观察555定时器的输出波形是否正确，其频率值与计算值是否相同，然后用示波器观测计数器的QA、QB端的波形是否为555时基信号的二分频、四分频，最后观察第一路开关的输出是否为阶梯波信号，台阶数值分别为0V、1V、2V、3V。然后分别接入四路不同信号，用示波器观察其最终输入波形是否在示波器水平位置显示出来，改变波段开关即可改变其幅值大小。

二、设计思路：

在示波器功能扩展电路的设计中，首先需要把四路输入信号的基线拉开，均匀合理地分布在示波器荧光屏上；其次，输入的四路基线要分别加载在四路已分开的基线上。考虑到双踪示波器设计原理的局限，不能同时在任一瞬间有多个电子束射出并在不同的区域呈现不同的波形，所以采用四路信号分时在示波器上显示的方法，利用人眼的视觉暂留现象，在信号之间切换频率足够高的情况下，呈现出四路波形“同时”显示在示波器上的视觉效果。

三、系统框图：

四、分块电路设计

1、时钟产生电路：

利用NE555构成多谐振荡器，产生20K到200KHz的方波，其高低相间的电平可作为后续地址产生电路的控制信号。

电路组成：

2、地址产生电路：

74LS169是模16的同步二进制计数器，可以通过4位二进制输出来计时钟沿的个数，本设计中利用其2位输出、作为多路选择开关CD4052的地址。

电路组成：

3、阶梯波产生电路

CD4052为双回路模拟开关，一路作为直流通道，另一路为信号通道，两路信号通过衰减器后在示波器上显示4路不同的波形。

电路组成：

4、加法器与放大电路

LF353为双运算放大电路，被测信号由CD4052选通后由LF353双运放之一进行放大或衰减处理。LF353内的另一个运放则组成一个加法器电路，将经过放大或衰减处理后的被测信号与CD4052直流通路选通的直流量叠加后输出，从而使被测信号显示在示波器荧光屏不同的位置。

电路组成:

五、参数测试：

电路搭建完毕后，首先进行外观检查，检查无误后进行通电测试。通过初步测试，电路的组成已经确定。下面将针对课本所提出的各项要求进行指标进行测试和分析。

1、测试环境：

1 测试仪器

1）双踪模拟示波器

2）函数信号发生器

3）数字晶体管毫伏表

4）直流稳压电源

2 测试条件

1）室温25摄氏度左右

2）信号输入端接入函数信号发生器输出

3）电源使用直流稳压电源提供的±5V

4）输出端单探头接示波器

2、时钟产生电路的测试：

首先调节两路稳压电源大小均为5V，然后将555定时器的3脚接示波器，观测输出波

形是否为方波，其频率值是否满足实验要求。测试结果如下：

振荡频率f=1/T=1.443/(R1+2R2)C，占空比D=（R1+R2）/（R1+2R2），将表中数据代入得

f=105.45kHz，D=0.5365，与实验测得信号输出震荡频率f=108.65kHz，输出占空比

D=4.9315/9.209=0.5355相符。实验波形图如下：

3、地址产生电路的测试：

本模块目的是产生CD4052模拟开关的地址，分别将、接示波器探头，观测输出是否为555多谐振荡器产生的时钟信号得二分频信号，输出的是否为其四分频信号。

输出波形如下：

二分频信号波形：

四分频信号波形：

由测量出的频率以及其波形图易知输出为时钟信号的二分频信号，输出为时钟信号的四分频信号，满足本实验要求。

4、阶梯波产生电路的测试：

计数器产生的地址输入AB地址控制端，通过依次选通X0、X1、X2、X3，在CD4052的直流通道X输出阶梯波，将CD4052的16脚接+5V电源，7脚接—5V电源，13脚接示波器探头，观测其输出是否为阶梯波。

由其输出波形知X通道产生了阶梯波，且其差幅为1V，满足本实验要求。

5、放大器的测试：

6、加法电路的测试：