#一

文章前言

在電子工程領(lǐng)域，示波器是工程師們不可或缺的“眼睛”。它不僅能讓我們直觀地觀察到電子信號(hào)的波形，還能深入地分析信號(hào)的細(xì)微特性。作為一種精密的電子測(cè)量設(shè)備，其核心功能是捕捉并顯示電信號(hào)隨時(shí)間變化的電壓波形。通過(guò)將抽象的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為直觀的圖形，示波器使用戶能夠輕松識(shí)別信號(hào)的特征，如幅度、頻率、相位等，從而對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確的分析和處理。

# 二

功能定義及性能指標(biāo)

波形顯示

展示電信號(hào)的電壓隨時(shí)間變化的圖形表示。

信號(hào)測(cè)量

測(cè)量信號(hào)的幅度、頻率、周期、相位差等參數(shù)。

數(shù)據(jù)記錄與分析

記錄波形數(shù)據(jù)，進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。

多通道觀察

同時(shí)顯示多個(gè)信號(hào)，以分析它們之間的相互關(guān)系。

自動(dòng)化測(cè)試

用于自動(dòng)化測(cè)試環(huán)境，進(jìn)行信號(hào)的快速檢測(cè)和故障診斷。

觸發(fā)功能

同步波形顯示，可在信號(hào)的特定點(diǎn)開始捕獲和顯示波形。

PART 03

# 三

示波器的原理

示波器通過(guò)垂直放大和水平掃描電路將電信號(hào)的電壓變化轉(zhuǎn)換為屏幕上的波形圖像，允許用戶分析信號(hào)特性。它具備觸發(fā)功能以同步波形顯示，確保信號(hào)的穩(wěn)定觀察。數(shù)字示波器還能對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和數(shù)字化處理，提供更深入的信號(hào)分析功能。這種儀器是電子工程領(lǐng)域中不可或缺的工具，用于測(cè)量，調(diào)試和分析電子信號(hào)。

PART 04

# 四

硬件設(shè)計(jì)

本部分主要介紹以下相關(guān)電路：通道1、2輸入電路、觸發(fā)電路與信號(hào)控制和分配系統(tǒng)、采樣保持電路與模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)選擇和控制、前面板電路、顯示背光控制電路、SoC存儲(chǔ)器電路、電源分配電路。

1.通道1、2輸入電路

該電路圖是一個(gè)示波器的通道1輸入電路，主要功能是接收、保護(hù)、放大和調(diào)理輸入信號(hào)。電路包括輸入保護(hù)、信號(hào)放大、信號(hào)調(diào)理、信號(hào)隔離以及信號(hào)分配。此外，還有電源管理和接口電路，確保信號(hào)準(zhǔn)確傳輸至示波器的數(shù)字處理單元。其中XBLW SN74HC595N主要用于信號(hào)分配。通道2電路也是同理。

2.觸發(fā)電路與信號(hào)控制和分配系統(tǒng)電路

XBLW SN74HC595N和XBLW SN74HC4053組成的信號(hào)控制和分配系統(tǒng)

觸發(fā)電路是示波器中的核心部分，負(fù)責(zé)同步信號(hào)捕獲。它通過(guò)輸入信號(hào)調(diào)理、觸發(fā)水平設(shè)置、比較器和觸發(fā)控制邏輯來(lái)確定觸發(fā)點(diǎn)。時(shí)鐘信號(hào)確保觸發(fā)事件與ADC轉(zhuǎn)換同步。保護(hù)電路和電源管理保障電路穩(wěn)定運(yùn)行。觸發(fā)輸出信號(hào)通知其他模塊開始工作，而接口電路則實(shí)現(xiàn)與示波器其他部分的連接。整個(gè)電路的設(shè)計(jì)旨在精確控制信號(hào)的捕獲時(shí)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的波形顯示。其中XBLW SN74HC595N作為8位移位寄存器，接收串行數(shù)據(jù)（INDATA3）并通過(guò)其并行輸出（QA到QH）控制XBLW SN74HC4053模擬多路復(fù)用器的選擇。XBLW SN74HC4053根據(jù)XBLW SN74HC595N的輸出選擇不同的信號(hào)路徑，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的動(dòng)態(tài)路由。

3.采樣保持電路與模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)選擇和控制

模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)選擇和控制電路

采樣保持電路用于確保信號(hào)在模數(shù)轉(zhuǎn)換前的穩(wěn)定性。它包含運(yùn)算放大器、采樣保持單元、可調(diào)偏移組件、參考電壓源、時(shí)鐘同步信號(hào)、電源管理以及保護(hù)和接口電路。這些組件協(xié)同工作，以提高信號(hào)處理的精度和可靠性，確保采樣信號(hào)的準(zhǔn)確捕獲和保持。該電路集成了兩個(gè)XBLW SN74HC4051模擬多路復(fù)用器和一個(gè)XBLW SN74HC595N移位寄存器，用于模擬信號(hào)的動(dòng)態(tài)選擇和控制。XBLW SN74HC595N接收串行數(shù)據(jù)，通過(guò)其并行輸出控制XBLW SN74HC4051的信號(hào)路徑。電路采用雙電源供電，配備去耦電容以確保穩(wěn)定性。SHOC控制信號(hào)可用于觸發(fā)操作，實(shí)現(xiàn)靈活的信號(hào)捕獲和處理。

4.前面板電路

該電路包含兩個(gè)XBLW SN74HC4051模擬多路復(fù)用器。每個(gè)多路復(fù)用器有8個(gè)輸入信號(hào)，通過(guò)控制信號(hào)選擇一個(gè)輸入傳輸?shù)捷敵?。UF2A的輸出連接至FPMUX，而UF3A的輸出接地。此設(shè)計(jì)用于多信號(hào)源選擇應(yīng)用。

該電路圖展示了兩個(gè)XBLW SN74HC4051模擬多路復(fù)用器和兩個(gè)

DM74LS393M十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的組合。XBLW SN74HC4051用于選擇輸入信號(hào)A、B或C之一輸出，由控制信號(hào)EN使能。DM74LS393M計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，通過(guò)CLR清零，CLK時(shí)鐘信號(hào)控制計(jì)數(shù)。電路中使用100nF電容進(jìn)行電源去耦，穩(wěn)定3.3V電源。輸出信號(hào)FPK7、FPK8和FPCLK可用于驅(qū)動(dòng)其他電路或作為時(shí)鐘信號(hào)。整個(gè)電路用于信號(hào)選擇和同步計(jì)數(shù)應(yīng)用。

該電路使用XBLW SN74HC595N移位寄存器（U4）控制多個(gè)LED指示燈。每個(gè)LED通過(guò)一個(gè)限流電阻連接到移位寄存器的輸出。電阻值不同，適應(yīng)不同LED的電流需求。移位寄存器由串行數(shù)據(jù)輸入（SER）、時(shí)鐘信號(hào)（RCLK和SRCLK）控制，OE為輸出使能。LED狀態(tài)由FPSER、FPSRCLK、FPK1、FPK2、FPK3信號(hào)決定，用于指示不同狀態(tài)，如通道、運(yùn)行停止和自動(dòng)模式。

5.顯示背光控制電路

該電路是用于控制LCD背光的電路。電路中使用了XBLW SN74LVC1G04反相器來(lái)控制信號(hào)的反相，以及兩個(gè)晶體管（Q10_1和Q10_2）來(lái)驅(qū)動(dòng)背光。反相器的輸入（LCDBLEN）控制輸出，進(jìn)而控制三極管Q10_1的基極。MOS管Q10_2作為開關(guān)晶體管，控制VBLCD背光電源的通斷。電路中還包含了限流電阻（R10_17, R10_18, R10_19）和去耦電容（C10_1, C10_2）以穩(wěn)定電源和信號(hào)。

6.SOC存儲(chǔ)電路

該電路是一個(gè)I2C接口的EEPROM存儲(chǔ)器XBLW 24C64。電路通過(guò)A0、A1、A2引腳設(shè)置器件地址，VCC和GND提供電源，WP引腳用于寫保護(hù)。SCL和SDA是I2C總線的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線，各通過(guò)一個(gè)10kΩ的上拉電阻連接到+3.3D電源，確保線路在空閑時(shí)保持高電平。C11_1電容用于電源去耦，穩(wěn)定電壓。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存。

7.電源分配電路

FPGA核心供電電路

該電路圖是一個(gè)為FPGA核心供電的電壓調(diào)節(jié)電路。XBLW 1117-ADJ穩(wěn)壓器（U12_1）從3.3V輸入電壓轉(zhuǎn)換為1.25V輸出電壓。電路中包含多個(gè)電容（C12_7至C12_13）用于輸入、輸出和旁路濾波，確保電源穩(wěn)定。電感器L12_1與C12_11和C12_12一起構(gòu)成LC濾波器，進(jìn)一步平滑輸出電壓。R12_3和R12_4構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，用于設(shè)置XBLW 1117-ADJ的輸出電壓。此電路為FPGA提供穩(wěn)定的電源，保障其正常運(yùn)行。

SoC核心供電電路

該電路圖是一個(gè)用于SoC核心電源的穩(wěn)壓電路。XBLW 1117-ADJ穩(wěn)壓器（U12_2）將輸入電壓3.3V轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)的輸出電壓。通過(guò)R12_1和R12_2分壓電阻設(shè)置輸出電壓，這里為1.3V。C12_3、C12_4、C12_5和C12_6電容用于輸入和輸出的電壓濾波，確保電源穩(wěn)定。此電路為SoC提供穩(wěn)定的工作電壓，保障其正常運(yùn)行。

# 五

邏輯框圖

PART 06

# 六

本方案重要器件推薦