一、项目概述
1.1 导言
爱特梅尔半导体是世界上高档半导体产品规划、制造和行销的领先者，产品包含了微处理器、可编程逻辑器件、非易失性存储器、安全芯片、混合信号及RF射频集成电路。ATMEL首要运用于高增长的电子设备商场，如通讯、核算、消费类产品、安全产品、轿车电子和工业运用。
1.2 项目布景/选题动机
跟着电子技能的开展和电路结构的不断创新改动，对电路丈量的要求也变得更高，在电子制造中会发现对许多参数的丈量现已不是一块万用表能担任的了，比方单片机 某I/O口的输出波形或制造扩大器测其频率响应等等，所以示波器自然而然的和万用表相同变成了电子工程和爱好者的必备东西，可是，示波器又很贵重，所以我 们就想发挥咱们的聪明才智和所学的常识制造一台运用的示波器，并且尽量使功用多样，并且想着节能环保，将以往按键办法的改为触屏的，还附加其他的功用。
二、需求剖析
2.1 功用要求
1）双通道示波器： 显现输入信号的波形、频率、幅值。
2）万用表：可丈量参数：
DCV：直流电压；
ACV：沟通电压、
DCA：直流电流、
R：电阻、
UF：二极管的正导游通电压、
hFE：三极管扩大倍数。
3）信号发生器：发生方波、锯齿波、正弦波、三角波等信号波形；信号的频率和起伏可调。
2.2 功用要求
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示波器：
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通道数：2
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带宽：60MHz
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笔直灵敏度：不小于10mV-5V/div
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最大输入电压：50Vpp
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输入阻抗：1MΩ
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水平常基规模：不小于500ns-50ms/div
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显现：五颜六色液晶
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耦合办法：AC/DC
2）数字万用表：
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直流电压量程：200mV ；2V；20V；200V —-精度：±0.5%
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沟通电压量程：
200mV —–精度：±1.2%
2V；20V；200V—-精度：±1.0% -
直流电流量程：
2mA；20 mA ——精度：±0.5%
200 mA ——精度：±1.5%
10A ——精度：±2.0% -
沟通电流量程：
2mA；20 mA ——精度：±1.0%
200 mA ——精度：±2.0%
10A ——精度：±3.0%
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电阻量程：
200Ω；2KΩ；20KΩ；200KΩ；2MΩ；——精度：±0.5%
3）函数信号发生器：
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频率规模：1Hz～50MHz
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频率精确度：±0.5 Hz
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信号谐波失真（50Ω匹配负载，1Vp-p输出时）：
- 小于20kHz：-60dBc
- 20kHz～1MHz：-50dBc
- 1MHz～10MHz：-40dBc
- 10MHz～50MHz：-30dBc
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输出起伏规模：2mV～2Vrms（开路），或1 mV～1 Vrms（50Ω负载）
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输出阻抗： 50Ω
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稳幅特性（频幅平整度）：10Hz～10MHz±0.5dB 1Hz～50MHz±1dB
三、计划规划
3.1示波器
3.1.1体系功用完结原理
数字示波器首要对模仿信号进行高速采样获得相应的数字数据并存储。用数字信号处理技能对采样得到的数字信号进行相关处理与运算，然后获得所需的各种信号参 数。依据得到的信号参数制作信号波形，并可对被测信号进行实时的、瞬态的剖析，以便利运用者了解信号质量，快速精确地进行毛病的确诊。丈量开端时，操作者 可经过操作界面选定丈量类型、丈量参数及丈量规模；微处理器主动将丈量设置解说到采样电路，并发动数据收集；收集完结后，由微处理器对采样数据按丈量设置 进行处理，提取所需求的丈量参数，并将成果送显现部件。
体系硬件结构框图
3.1.2 电路规划
程控扩大部分：
程控扩大器的作用是对输入信号进行衰减或扩大调整，使输出信号电压在 AD转化器输入电压要求规模内，抵达最好的丈量与调查作用，所以程控扩大器电路在规则带宽内的增益一定要平整，故对运算扩大器的要求比较高。
开关用继电器操控，H代表吸合，L代表未吸合。
电压灵敏度与 S1~S4 的联系表：
扩大倍数 灵敏度 S1 S2 S3 S4
0.1 2V H L L L
0.2 1V H L H L
0.4 0.5V L H L L
1 0.2V L L L L
2 0.1V L L H L
4 50mV L H L H
10 20mV L L L H
20 10mV L L H H
高速A/D转化和数据存储：
由程控扩大电路调整后的信号分红两路，有一路进入A/D转化电路进行采样，采样所得的数据由 74LVC574 锁存缓冲后送入存储器。
时钟电路：
时钟发生电路为 AD转化器供给一系列的采样时钟信号，别离为 600Hz、 6kHz、 60kHz、600kHz、3MHz、6MHz、30MHz 和 60MHz，共 8种，别离对应着不同的水平水平扫速。
基准时钟为60MHz，经过多路挑选器和分屏器完结。
主控MCU：
由一片AVR单片机作为主控芯片，进行数据的处理并操控程控扩大器和时钟发生器，并将数据送屏幕显现。
3.1.3 体系估计完结成果
采样速率： 600Sa/s， 6kSa/s， 60kSa/s， 600kSa/s， 3MSa/s， 6MSa/s， 30MSa/s， 60MSa/s
水平水平扫速：500ns、1μs、5μs、10μs、50μs、500μs、5ms、50ms
垂 直电压灵敏度： 10mV/div, 20mV/div, 50mV/div, 0.1V/div, 0.2V/div, 0.5V/div, 1V/div, 2V/div,5V/div
3.1.4体系软件流程
3.2函数信号发生器
3.2.1函数信号发生器简介
函数发生器又称波形发生器。它能发生某些特定的周期性时刻函数波形（首要是正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号。频率规模可从几毫赫乃至几微赫的超低频直到几十兆赫。除供通讯、外表和主动操控体系测验用外，还广泛用于其他非电丈量范畴。图2为发生上述波形的办法之一，将积分电路与某种带有回滞特性的阈值开关电路（如施米特触 发器）相连成环路，积分器能将方波积分红三角波。施米特电路又能使三角波上升到某一阈值或下降到另一阈值时发生跃变而构成方波，频率除能随积分器中的RC 值的改动而改动外，还能用外加电压操控两个阈值而改动。将三角波另行加到由许多不同偏置二极管组成的整形网络，构成许多不同斜度的折线段，便可构成正弦 波。另一种构成办法是用频率合成器发生正弦波，再对它屡次扩大、削波而构成方波，再将方波积分红三角波和正、负斜率的锯齿波等。对这些函数发生器的频率都 可电控、程控、确认和扫频，仪器除作业于接连波状况外，还能按键控、门控或触发等办法作业。
3.2.2计划规划与挑选
计划一：选用单片函数发生器（如8038），8038可一起发生正弦波、方波等，并且办法简略易行，用D/A转化器的输出来改动调制电压，也能够完结数控调整频率，但发生信号的频率安稳度不高。
计划二：选用锁相式频率合成器，运用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率确认在所需频率上，该计划功用杰出，但难以抵达输出频率掩盖系数的要求，且电路杂乱。
计划三：选用单片机编程的办法来完结。该办法能够经过编程的办法来操控信号波形的频率和起伏，并且在硬件电路不变的情况下，经过改动程序来完结频率的改换。此外，因为经过编程办法发生的是数字信号，所以信号的精度能够做的很高。
鉴于计划一的信号频率不行安稳和计划二的电路杂乱，频率掩盖系数难以合格等缺陷，所以决议选用计划三的规划办法。它不只选用软硬件结合，软件操控硬件的办法 来完结，使得信号频率的安稳性和精度的精确性得以确保，并且它运用的几种元器件都是常用的%&&&&&%，简略得到，且价格便宜，使得硬件的开支抵达最省。
3.2.3规划原理
咱们做的信号发生器只需用到外部中止和PWM脉宽调制波两项技能便能够完结，Atmel大都单片机都支撑这两项技能，因为主控芯片还不决，故该信号发生器暂时假定选用的操控芯片为Atmega16。
数字信号能够经过数/模转化器转化成模仿信号，因此可经过发生数字信号再转化成模仿信号的办法来获得所需求的波形。Atmega16单片机自身便是一个完好 的微型核算机，具有组成微型核算机的各部分部件：中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通 讯接口等，，只要将Atmega16再装备键盘及其接口、显现器及其接口、数模转化及波形输出、指示灯及其接口等四部分，即可构成所需的波形发生器，其信 号发生器构成原理框图如图3.1所示：
信号发生器原理框图
Atmega16是整个波形发生器的中心部分，经过程序的编写和履行，发生各式各样的信号，并从键盘接纳数据，进行各种功用的转化和信号起伏的调理。当数字信号经过接口电路抵达转化电路，将其转化成模仿信号也便是所需求的输出波形。
3.2.4规划思维
1、运用单片机发生方波、锯齿波、正弦波、三角波和锯齿波等信号波形，信号的频率和起伏可变。
2、将一个周期的信号别离成256个点（按X轴等分），每两点之间的时刻距离为T，用单片机的定时器发生，其表明式为：T=T/256。
3、正弦波的模仿信号是D/A转化器的模仿量输出，其核算公式为：
Y=（A/2sint）+A/2 (其间A=VREF)
那么对应着存放在核算机里的这一点的数据为：
4、一个周期被别离成256个点，对应的四种波形的256个数据存放在以TAB1–TAB4为开端地址的存储器中。
3.2.5规划功用
依据体系操作界面的菜单提示挑选信号发生器输出的波形。别离有正弦波、方波、三角波。
在体系操作界面能够调理输出波形的频率和幅值。频率规模：10~1000Hz，输出波形起伏为：0～5V。
3.2.6硬件规划
硬件原理框图
3.2.7软件规划
本文中子程序的调用是经过操作界面菜单选项的挑选来完结，在获得按键相应的键值后，发动计时器和相应的中止服务程序，再直接查询程序中预先设置的数据值，经过转化输出相应的电压，然后构成所需的各种波形。主程序的流程图如下图所示
主程序的流程图
在程序开端运转之后，首要是对8155进行初始化，之后判别信号频率值，如契合所需的频率，则重置时刻常数，并经过显现器显现出来，不符则回来。在中止结 束后，还要来判别波形是否契合，如契合，则显现其频率，不符则回来，从头判别。下图为各波形子程序的流程图。如图所示，在中止服务子程序开端后，经过判别 来确认各种波形的输出，当判别挑选的不是方波后，则转向对正弦波的判别，如此重复。假如挑选的是方波，则用查表的办法求出相应的数据，并经过D/A转化器 将数据转化成模仿信号，构成所需波形信号。
程序运转流程图
3.3数字万用表
3.3.1数字万用表简介
特色： 分辨力强、精确度高（±0.5%～ ± 0.03%） 测验功用完善、丈量速率快、显现直观、耗电省、过载能力强、便于带着。
丈量参数：DCV：直流电压、ACV：沟通电压、DCA：直流电流、R：电阻、UF：二极管的正导游通电压、hFE：三极管扩大倍数
3.3.2原理图
3.3.3功用电路
1、功用量程的挑选：经过操作界面挑选万用表形式，并挑选相应的档位和量程。
参数转化电路：
ICL7106：三位半LCD/LED显现A/D转化器.
AD转化原理
从上式可知：被测电压只与基准电压及计数值有关，而这两者的精确度都能够做得较高，所以数字万用表的丈量精确度较高
丈量 DCV、 ACV、 DCA、 hFE时UREF=100mV，丈量二极管正向压降时UREF=1V
丈量R时，UREF纷歧定为100mV
5LCD显现 在液晶屏幕上显现出所测参数的物理量
6、直流电流转化电路（I→〈200mV电压）
以200mA档为例
UIN = 1Ω ×100mA= = 100mV
7、直流电压转化电路
8、沟通电压转化电路（以200V档为例）
9、电阻转化电路(以20k挡为例)
若RX= RREF则N2=1000，把小数点点在百位即可
10、二极管正负极丈量电路
11、 三极管扩大倍数丈量
Ic=βIb ——> 200mV直流电压——> A/D转化
3.4 LCD接触屏
3.4.1 LCD接触屏参数
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显现屏幕尺度 2.8inch
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屏幕点阵 240 * 320
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屏幕颜色 65K色
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接口标准 intel80(D0-D15,ADDR0,nWR,nRD,nCS,)接口，支撑MCU51（74F373扩展），ARM
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驱动%&&&&&%：HX8347
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作业电压2.5~3.6,背光电流80mA
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能够支撑2.8inch可视面积，3.0inch手写接触膜
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屏幕尺度 50(W) * 69.2(H) * 4.0(T) 带接触膜
3.4.2 接触屏完结功用
咱们选用的液晶屏首要用于显现功用，其次，该液晶屏还带接触功用，还能够作为输入，对体系进行操控。
3.4.3 硬件完结
因为该液晶屏现已自带转接线，只要从AVR主控芯片把引脚扩展出来，别的再为液晶屏搭个驱动电路驱动液晶屏，便能够对液晶屏进行操控了。（详细硬件电路需等官方供给了开发套件之后方好确认下来）
3.4.4 软件部分
液晶屏首要是用来显现示波器的输出，一起作为输入对示波器进行各项功用的挑选，故咱们把显现屏软体部分分红了两个部分：一是输出的显现，二是输入的检测。
输出的显现：依据示波器所在的形式，显现相应的输出，假如示波器处于波形检测形式，则在输出屏幕上显现检测到的波形；假如示波器处于万用表作业形式下，则输出屏幕上显现测到的电压，电流，电阻等物理量的数值。
输入检测：因为该液晶屏带接触功用，故能够把输入按键放到液晶屏上，完结接触按键功用。
下图是多功用示波器的开始界面规划计划：（以下规划仅为开始想象，终究界面需依据详细功用进一步改进）
（多功用示波器界面图）
3.5太阳能充电器
为了绿色环保，咱们将运用太阳能来供给所需的动力。
6V200MA 太阳能电池板
仪器运用2节5号充电电池供电。
充电器功用：
1、给充电电池充电；
2、给手机充电；
3、充电完结主动断电，防止过冲。
充电器输出电压：5V或1.2V
充电器输出电流：350mA
3.6 SD外部存储
3.6.1 外部存储简介
由 于示波器是一种精细的丈量仪器，数据量比较大，许多时分用户不只需求实时地观测数据，过后还需求对数据进行处理和剖析，这就要求要有一个较大的数据存储空 间，因为单片机自带的ROM一般不会太大，并且很不便利与PC机进行数据传输，因此咱们决议选用外部SD卡对数据进行存储。
3.6.2 SD外部存储原理
SD 有两种操作形式：SD 卡形式，SPI 形式。SD 卡形式不介绍。一般用SPI 形式操作。咱们这儿选用SPI形式对SD卡进行存取数据。
在SPI形式下，用单片机的4个操控I/O口别离模仿MOSI、MISO、CS、CLK即可完结数据的存取，电路简略，如下图所示：
SD卡原理图
3.6.3 SD卡驱动
通用驱动为：
（1）初始化SPI接口，运用低速形式
（2）延时至少74clock
（3）发送CMD0，需求回来0x01，进入Idle 状况
（4）循环发送CMD55+ACMD41，直到回来0x00，进入Ready 状况
（5）设置读写block 巨细为512byte
（6）把SPI 设置为高速形式
3.6.4 软件程序
下面为SD卡存取数据需求用到的首要几个函数
void SPI_Init(void){…}
void SPI_Send_Byte(byte Data){…}
void SPI_Receive_Byte(byte Data){…}
