一、项目概述
1.1 导言
示波器自1933年诞生至今已经有70多年的前史。它是电子电路规划人员用来调查波形的首要东西，它可以让规划人员直观的看到所要观测到的波形。因而，示波器在信号观测范畴一直都扮演着非常重要的人物。传统的模仿示波器信号带宽频率遭到阴极射线管的约束而不或许太高，难以丈量慢速信号或单次瞬变信号，预触发功用难以完结和不便利对波形数据进行数字处理剖析等等，因而在许多运用范畴中存在着局限性。跟着科学技能的飞速展开，单次信号的捕捉，丈量和研讨越来越遭到人们的注重和注重，在信息范畴、高速计算机、高速数据通讯和高速数字集成电路及其体系内，面临着硬件、软件、以及由软硬件一起作用而发生的偶发性毛病，迫切需要更高速的示波器才干称心如意的处理这些难题。跟着数字集成电路和高功用微处理器技能的展开，数字存储示波器(DSO)呈现了。数字存储示波器整个体系的调理悉数由微处理器在相应的软件支持下主动进行，包含主动设置、主动丈量、主动校对、波形存储、计算机I/O和打印输出等一系列长处。数字存储示波器的呈现创始了示波器的新纪元，它为示波器的智能化打下了坚实的根底，一起它还标志着示波器的展开进入了一个新的年代。
与此一起，波形发生器也是电子工程人员不可或缺的一种东西，常被称作信号发生器，在教育试验或实践作业中作为信号源为电路供给所需的鼓励信号，因而是一种必不可少的东西。现代新式信号发生器的研发都选用直接数字频率组成(DDS)技能进行，这种技能是第三代频率组成技能的标志，首要特点是计算机参加频率组成，既可以用软件来完结，也可以用硬件来完结，或许二者结合。
本规划研发的多用手持示波表依据美国赛普拉斯公司出产的混合信号可编程芯片PSoC渠道。该芯片内不只集成了51微操控器，还集成了各种数字模块和模仿模块，各个模块可以经过体系内部总线彼此通讯，所以只用一颗芯片和少量的外围电路就可以完结整个体系的研发。
1.2 项目布景/选题动机
现在市面上的大多数示波器都是台式的，体形过于庞大和粗笨，难以带着，关于狭小的场合运用很不便利，在高空作业和其他特别场合的运用遭到很大的约束，加上价格昂贵，动辄几千上万乃至数万元的价格不是每个人都能承受的，别的市面上手持示波表较少，并且功用单一，价格昂扬，大部分采样率等较低，实践运用价值不大。
本项目便是依据这种布景下展开的，选用美国赛普拉斯公司出产的混合信号可编程芯片PSoC渠道来进行开发，可以有用的削减外围电路，使得示波器可以轻盈小巧，别的添加了低频率的信号发生器功用，使得该示波器不只具有示波器功用，还集成了信号发生器的功用。
二、需求剖析
2.1 功用要求
(1) 规划一个可以精确显现波形并且可以调查波形参数的示波器，收集电压规模为-20V——20V，分辨率为100mV，可以精确剖析信号的频率，电压，功率等参数。
(3)运用PSOC的DAC模块、PGA模块和LPF2模块来完结正弦，三角波，方波输出。
(4)带有锂电池充放电办理，便携的，手持的多功用示波表。
2.2 功用要求
(1)用外置A/D(实时采样率最高为60Mbps)完结对信号的收集，争夺可以到达模仿带宽10M以上，实时采样率到达40M以上，完结仪器内触发方法，要求上升沿触发，触发电平可调,并且笔直灵敏度能到达1V， 100mV两档，扫描速度含20ms/div、2μs/div、100ns/div三档，波形周期丈量误差≤5%，且被测信号的显现波形应无显着失真，带有FFT，余辉显现等功用。
(2)水平常基可以到达以下规模：2S,1S,500Ms,200Ms，100Ms，50Ms，20Ms，10Ms，5Ms，2Ms，1Ms，500uS，200uS，100uS，50uS，20uS，10uS，5uS，2uS，1uS，500nS，水平方位可调并有指示，存储深度到达5K。
(3)该信号发生器可以发生波形频率规模为0.1Hz~100kHz，频率分辨率为0.1%，输出的电压起伏为0V~5V的波形。
三、方案规划
3.1 体系功用完结原理(除图片外需有文字介绍)
体系硬件结构框图
下面就各个模块电路做以简略介绍
1.程控扩大电路和电源电路：
将程控扩大电路与电源电路放在一块讲，是由于他们有着亲近的联络。
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，到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必定要平整，故对运算扩大器的要求比较高，在本电路中我选用的是NSC公司出产的高速运算扩大器LM6172双运放，带宽为100MHz，转化速率3000v/μs,每通道耗费电流2.3mA，输出电流可达50mA，彻底满意本电路的要求，挑选该芯片的另一个原因是价格，邮购价格为8元一片，比较ADI,MAX等公司几十元一片的高速运放芯片来说算是很廉价了，电源选用正负双电源供电，由于整个电路总的电源输入为单8v，所以专门用一片dc/dc电路MC34063为其构成了负压转化器再经稳压得到-5v电压，+5v经过对输入电压稳压得到。
2. 高速AD转化与FIFO存储电路
数字示波器中最重要的电路是AD转化电路，它的作用是将被测信号采样并转化成数字信号存入存储器，说它是数字示波器的咽喉一点也不为过，由于它直接决议着数字示波器所能丈量的最高频率，依据乃奎斯特定理，采样频率至少是被测信号最高频率的2倍才干复现出被测信号。而在数字示波器中采样频率至少应该是被测信号频率的5~8倍才行，不然底子调查不到信号的波形。在本电路中我选用的AD转化芯片为BB公司的8位高速AD转化器ADS830E,官方材料给出的采样频率为10kSa/s~60MSa/s, 经过试验发现转化速率在1K以下作业也很正常，所以本示波器的最低采样频率为600Sa/s，要阐明的一点是高速AD转化器一般都有高低端转化速率的约束，比方TLC5540，8位AD转化器，转化速率为5MSa/s~40MSa/s，我试过当转化频率降到2M以下时就不能正常作业，所以挑选AD转化芯片时不只要注意最高转化速率还要注重最低转化速率，不然或许导致电路无法正常作业。有朋友或许会问8位转化精度会不会有点太低?其实8位转化器关于示波器来说是够用的，就拿这个电路来说，我选用的LCD显现模块的分辨率为320*240，笔直分辨率为240格，而8为转化精度的分辨率为256格，比显现器的分辨率还高，所以肯定够用。还有便是价格及电路的规划，在最高采样率相同的情况下10位AD转化芯片的价格是8位AD转化芯片的几倍，并且位数的添加也使电路的杂乱程度大大添加，将直接影响处理速度，导致屏幕改写过慢，反而影响功用。所以本着够用的准则本示波器选用60M的8位AD转化芯片ADS830E。
3. 时钟发生电路
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。
4.信号发生原理DDS介绍
DDS是从相位概念动身直接组成所需波形的一种频率组成技能。一个直接数字频率组成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转化器和低通滤波器(LPF)构成。
DDS的原理框图如图1所示。其间K为频率操控字，P为相位操控字，W为波形操控字，fc为参阅时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM数据位及D/A转化器的字长。相位累加器在时钟fc的操控下以步长K作累加，输出的N位二进制码与相位操控字P、波形操控字W相加后作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM输出D位起伏码S(n)经D/A转化器变成阶梯波形S(t)，再经LPF滑润后就可以得到组成的信号波形。组成的信号波形的形状取决于波形ROM中寄存的起伏码，因而用DDS可以发生恣意波形。DDS体系中除了D/A转化和低通滤波电路外都是数字电路，以往的规划都依据纯数字芯片规划，很难完结单芯片的处理方案，而PSoC的呈现刚好满意了这种单芯片、全集成的要求。
3.2 体系软件流程
程序运转流程图
3.3 体系估计完结成果
制造一个实时采样率可以到达40M以上，模仿带宽可以到达10M以上，带有必定存储深度，显现波形不失真，可以显现恣意波形和发生频率规模为0.1Hz~100kHz，频率分辨率为0.1%，输出的电压起伏为0V~5V的三角波，正弦波，方波信号的手持的，便携的示波表。
