diy 簡易微型數(shù)字示波器 [轉(zhuǎn)]

昵稱11621052 2013-03-05

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今年初我曾經(jīng)做過一個數(shù)字示波器，（見我的新浪博客：http://blog.sina.com.cn/ntwhq ），有不少網(wǎng)友進(jìn)行了仿制，其中有好幾位做得很好，但在大家做的過程中發(fā)現(xiàn)兩個問題，一是對有些基礎(chǔ)相對薄弱的網(wǎng)友來說制作比較困難；二是有些元器件很難買全，就是上淘寶買也要找好多家才能買齊。因此增加了制作難度。
看到這次比賽的消息后，我就想做一個更簡單的數(shù)字示波器，降低制作難度，使得大部分人都能制作，于是就開始了近兩個月的制作，先是確定電路形式，然后是程序設(shè)計，程序經(jīng)過反復(fù)調(diào)試修改，現(xiàn)在總算完成了。

這個數(shù)字示波器除了能顯示輸入信號波形外，還能測量信號頻率，并能作簡易脈沖信號發(fā)生器使用，同時輸出脈沖可用作自測信號。
主要性能指標(biāo)：
最高采樣率：3.43MS/s
   模擬帶寬：686kHz(實際使用中發(fā)現(xiàn)觀察300kHz以下的信號可以取得比較好的效果)
   垂直靈敏度：0.2V/div、1V/div 由S1進(jìn)行調(diào)節(jié)。
水平掃描速度：2.62us/div、5.6us/div、10us/div、20us/div、50us/div、100us/div、200us/div、500us/div、1ms/div、2ms/div、5ms/div 由SB1、SB2進(jìn)行調(diào)節(jié)。
顯示屏：LCD12864（驅(qū)動芯片ST7565）
同步方式：觸發(fā)掃描
頻率測量范圍：10Hz-2MHz（理論上最高可達(dá)到12MHz，但受到CD4069頻響的限制），分辨率10Hz
   輸出脈沖頻率：100kHz 50kHz 25kHz 10kHz 4kHz(3.989kHz) 2.5kHz
   1kHz(997.3Hz) 400Hz (404.1Hz) 250Hz (249.3Hz) 100Hz  (100.2Hz)
   50Hz (50.10Hz)
   單片機編程有時無法得到我們所需要的輸出頻率的精確值，用括號內(nèi)為近似替代值。輸出頻率和水平掃描速度速度同步變化，因此調(diào)節(jié)SB1、SB2即可改輸出頻率，和水平掃描速度的對應(yīng)關(guān)系見面板。
電源：5V（4節(jié)7號鎳氫充電電池）
工作電流：45mA
   重量：200g（含充電電池）
   體積：118mm×72mm×25mm
   1、硬件電路簡介
在介紹我的電路之前先請大家看一下一個國外網(wǎng)友制作的低速AVR數(shù)字示波器（網(wǎng)址見：
http://www./circuits ... vr_oscilloscope.htm），本壇也有網(wǎng)友進(jìn)行過仿制。介紹一下這個電路有助于我們理解數(shù)字示波器的基本原理。
簡單的說數(shù)字示波器的原理是：將輸入的模擬信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后再用單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動液晶屏顯示波形和相關(guān)參數(shù)。國外網(wǎng)友制作的這個數(shù)字示波器是用AVR單片機內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器作AD轉(zhuǎn)換的，由于AVR單片機內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器采樣率比較低，最高只能達(dá)到100k左右，因此只能用于觀察小于10kHz的輸入信號的波形。
要解決這一問題可以使用外部的AD轉(zhuǎn)換芯片，這樣可將采樣率大大提高，比如我這次用的TLC5510采樣率可達(dá)到20M，現(xiàn)在反而是單片機來不及處理它輸出的數(shù)據(jù)信號，所以往往要在它們之間加一個先進(jìn)先出（FIFO）存儲器作緩沖，先把數(shù)據(jù)快速讀入這個存儲器再讓單片機慢慢處理，這就是我博客上介紹的數(shù)字示波器的模式，但這樣一來電路就復(fù)雜一些了。我這次做的數(shù)字示波器就是省去了FIFO存儲器，盡量提高單片機的處理速度使外接AD芯片采用盡可能大的采樣率。這里TLC5510可用到3.43M的采樣率，這樣就使能測試信號的頻率提高了很多。
電路見下圖：

我只用了三塊集成電路，其中CD4069的作用有兩個：F1作線性放大用，其輸入端接場效應(yīng)管2SK168等組成的電壓跟隨器，輸出信號供TLC5510作AD轉(zhuǎn)換，為了簡化電路和方便調(diào)試，這里采用了交流偶合方式；F2進(jìn)一步對信號進(jìn)行放大，放大的信號再由F3、F4等組成的施密特觸發(fā)電路進(jìn)行整形，整形后的脈沖供單片機ATmega8作頻率計數(shù)用。
TLC5510輸出AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)只要取高6位輸送給單片機就可以了（因為采用的是LCD12864的液晶屏，垂直分辨率只要6位即可），LCD12864采用ST7565驅(qū)動芯片的液晶屏，因為這種驅(qū)動芯片除了并行通訊也可選用串行通訊的方式，這樣可節(jié)省單片機的引腳，只要用4根線就可以向LCD12864傳遞數(shù)據(jù)，使我可以選擇28腳的單片機（現(xiàn)在還多出5個引腳），既節(jié)約了成本又減小了示波器的體積。
為了提高單片機的工作速度，ATmega8進(jìn)行了超頻，采用24MHz的晶振。
ATmega8的PB3輸出的脈沖信號作測試用。
2、固件程序

熔絲位設(shè)置：SPIEN取0，其余均取1。

rar.gif (2.15 KB, 下載次數(shù): 85)

示波器, 數(shù)字

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發(fā)表于 2012-3-20 11:32:49 |只看該作者

3、裝配
元器件清單

TLC5510是PSOP封裝，腳的距離是1.27mm，要使用SMT24-1.27mm的轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)換成DIP封裝，這樣才能在PCB萬用板上裝配，我沒有SMT24-1.27mm的轉(zhuǎn)接板，是用SMT28-1.27mm代替的（我焊接時忘了把TLC5510的1腳和轉(zhuǎn)接板的1腳相對應(yīng)，往電路板上安裝時是以TLC5510的1腳為基準(zhǔn)的，大家焊接時注意這一問題）。

裝配前先用洞洞板軟件LochMaster30進(jìn)行排版，排好的裝配圖如下：

LCD12864買回來時數(shù)據(jù)傳輸均為并行模式，使用前必需改變?yōu)榇心Ｊ?，改制方法見下圖（把原來的并行接法的0歐電阻改接到串行接法處）：

電路板裝配圖：

外殼用有機玻璃制作

這是面板圖，夾在兩層有機玻璃之間：

做好的外殼：