简易数字示波器设计报告

简易数字示波器

设计报告

学校：苏州大学

学院：电子信息学院班级：电子与通信工程组员：王婷杨静芝范静

第一章设计内容与要求

1. 1 设计内容：

设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器，示意图如图1所示。

图1 数字示波器示意图

1. 2 基本设计要求：

（1）被测周期信号的频率范围为10Hz～10MHz，仪器输入阻抗为1M ，显示屏的刻度为8 div×10div，垂直分辨率为8bits，水平显示分辨率

≥20点/ div。

（2）垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档。电压测量误差≤5%。

（3）实时采样速率≤1MSa/s，等效采样速率≥200MSa/s；扫描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三档，波形周期测量误差≤5%。

（4）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，触发电平可调。

（5）被测信号的显示波形应无明显失真。

1. 3 扩展要求：

（1）提高仪器垂直灵敏度，要求增加2mV/div档，其电压测量误差≤5%，输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。

（2）增加单次触发功能，即按动一次“单次触发”键，仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储（被测信号的频率范围限定为10Hz～

50kHz）。

第二章系统的总体设计2. 1 总体框图：

2. 2 硬件系统设计：

2.2.1输入信号调理电路：

图2输入信号调理电路

该电路中涉及到的芯片有：

（1）AD603：在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11～+30dB时的带宽为90Mhz，增益在+9～+41dB时具有9MHz带宽，改变管脚间的连接电阻，可使增益处在上述范围内。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D 转换量程扩展和信号测量系统。

（2）TL431：德州仪器公司（TI）生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。

2.2.2 AD采样电路：

图3 AD采样电路

该电路中涉及到的芯片有：

（1）AD9280：AT9280是单芯片、单电源、8bit、32MSPS模数转换器；内部集成了采样保持放大器和电源基准源。AT9280使用多级差分流水线架构保证了32MSPS数据转换数率下全温度范围内无失码。

2.2.3时钟与高速存储电路

图4 AD采样电路

该电路中涉及到的芯片有：

（1）DS1085: DS1085是双输出频率合成器，无需外部定时元件。它可以作为独立振荡器，或作为一个由处理器控制的、可动态编程的外设部件来使用。内部主振荡器可以在66MHz至133MHz的范围内进行编程，有三个分辨率选择，分别为10kHz、25kHz与50kHz。一个可编程的3位预定标器(1、2、4或8分频)从主振荡器生成一个基准振荡器输出(OUT0)，范围是8.2MHz至133MHz。另一个独立的预定标器和一个1至1025分频器产生主输出(OUT1)，范围是8.1kHz至133MHz。两路输出尽管都与主振荡器同步，但可独立编程。可编程主振荡器、预标定器以及分频器组合起来可以生成数千个用户规定的频率。主振荡器、预标定器以及分频器的设置都保存在NV (EEPROM)存储器中，在上电时提供默认值，因此可以将其作为独立振荡器使用。通过2线串行接口可以对主振荡器、预标定器(P0与P1)、分频器(N)进行在线动态编程。如果需要，可以进行动态频率调节，或者，对于固定频率应用，DS1085可以采用工厂或用户编程的固定数值。

（2）SN74F574DW: 这8位触发器功能3态输出专为驱动高容性或相对低阻抗负载。它特别适合于实施缓冲寄存器，I / O端口，双向总线驱动程序和工作寄存器。八触发器的SN74F574的是边沿触发的D型触发器。在时钟（CLK）输入的正跳变时，Q输出将被设置为分别设置在数据（D）输入的逻辑电平。一个缓冲输出使能（OE）输入可用于放置八个输出在任何一个正常的逻辑状态（高或低逻辑电平）或高阻抗状态。在高阻抗状态，输出负载也没有显著驱动总线线。高阻抗状态，增加驱动器提供驱动总线线无接口或拉组件的能力。输出使能（OE）不影响触发器的内部操作。旧数据可以保留或新的数据可以输入而输出是在高阻抗状态。

（3）IDT7204:能够实现高速存储功能

2.2.4 DA电路

图5 DA电路

该电路中涉及到的芯片有：

（1）AD5320：

（2）MC74VHC4051D

2.2.4 电源电路

图6 电源电路

该电路中涉及到的芯片有：

（1）A0512S：输入5V双输出±12V模块

（2）7805：7805三端稳压集成电路，电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 ×× 系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

2. 3数字示波器的性能参数设计：

数字存储示波器的指标很多，包括采样率、带宽、灵敏度、通道数、存储容量、扫描时间和最大输入电压等。其中关键的技术指标主要有采样率、垂直灵敏度(分辨率)、水平扫描速度(分辨率)。这几项指标直接与所选A／D、FIFO和高速运放器件的性能，以及电路设计有关。下面根据所选器件的性能参数，合理地分析和确定示波器的采样率和分辨率。

2.3.1.y通道参数计算