YB4365／YB4345數(shù)字光標(biāo)直讀示波器的設(shè)計與實現(xiàn)

【摘　要】　設(shè)計了基于單片機W78E58控制的YB4365／4345數(shù)字光標(biāo)直讀示波器系統(tǒng)，介紹了其功能特點及測試信號與字符顯示原理，重點闡述了該示波器的硬件設(shè)計。

引　言
　　YB4365／4345數(shù)字光標(biāo)直讀示波器是2001年國家級重點新產(chǎn)品，該產(chǎn)品是采用單片機控制技術(shù)和雙時基掃描技術(shù)的寬帶示波器。該機不僅具備通用示波器的作用，還具備數(shù)字頻率計和高頻毫伏表等多種功能。
2　主要性能指標(biāo)與特點
　　YB4365／4345數(shù)字光標(biāo)直讀示波器垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)為1mV／div～5V／div，頻帶寬度為100MHz／40MHz，上升時間≤3． 5ns／8．8ns。掃描偏轉(zhuǎn)系數(shù)0．5s／div～50ns／div。擴展×10后最快掃速為5ns／div，輸入阻抗為1MΩ／25P，該機的主要性能特點如下：
　 （1）屏幕顯示設(shè)定狀態(tài)。掃描速度、掃描延遲時間、非校準(zhǔn)狀態(tài)、垂直靈敏度等參數(shù)均可在屏幕上以字符形式顯示，簡化了測試操作設(shè)定狀態(tài)的確定過程。
　 （2）測量數(shù)據(jù)的顯示。采用電子光標(biāo)卡尺，可以對光標(biāo)線之間的電壓（△v），光標(biāo)線之間的時間（△t），光標(biāo)線之間的頻率（1／△t）等參數(shù)進行測量。避免對信號波形的目測、計算、換算等人工操作造成的誤差。
　 （3）自動掃描速度功能設(shè)定?？勺詣釉O(shè)定最佳掃描速度（顯示約2～5周期的信號波形）。并跟隨輸入信號自動設(shè)定掃描速度的值。
　 （4）頻率計數(shù)器功能?？梢灾苯訙y定A掃描觸發(fā)信號頻率。
　 （5）觸發(fā)鎖定功能。測試難于取得的掃描同步的復(fù)雜脈沖序列時，在取得掃描同步的狀態(tài)下啟動觸發(fā)鎖定功能，此后即使掃描被改變，儀器仍保持掃描同步。
　 （6）采用貼片工藝技術(shù)（SMT）和開關(guān)電源。使得該機具有體積小，重量輕、功耗低、電源適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點。
3　測試波形與字符同時顯示的工作原理
　　圖1為波形和字符顯示過程。通用示波器對被測信號的測量，是通過屏幕的垂直、水平坐標(biāo)刻度線和面板開關(guān)設(shè)置狀態(tài)，經(jīng)人工計算，才能讀出被測信號的電壓幅度和時間的有關(guān)參量，測量信號非常麻煩，且精度不高，測量結(jié)果常會因人而異。

　　YB4365／4345示波器是在單片機W78E58的控制下通過屏幕上的游標(biāo)卡尺的測量并自動以字符方式顯示測量結(jié)果，被測信號波形是采用掃描顯示，字符（游標(biāo)卡尺、狀態(tài)設(shè)置、測試參數(shù)）采用光柵顯示。光柵顯示有階梯顯示和坐標(biāo)顯示兩種，為了提高示波器的顯示速度應(yīng)采用坐標(biāo)顯示，即對點陣中的亮點加亮顯示。波形、字符分時在屏幕顯示，并且規(guī)定字符顯示優(yōu)先。顯示字符的編碼放在單片機內(nèi)部存貯器ROM 中，編碼的地址即為ROM的地址，其數(shù)據(jù)就是ROM中的數(shù)據(jù)，一個字符在ROM中占一個區(qū)域，將要用到的字符依次放入ROM中。顯示過程如圖1所示。圖中波形a為示波器的被測信號，b為水平掃描信號，c表示字符和波形的顯示過程，圖形中設(shè)字符波形的顯示周期為T，其中T4時間用于顯示波形，而T3時間（即 T3＝T―T4）則用于顯示字符和波形。在T3時間內(nèi)要顯示字符（包括全部字符點陣的各個點）按照字符優(yōu)先原則進行顯示，其間隙時間仍用于顯示波形。T1 為點陣中一個點的顯示周期。T2為顯示點的有效時間，因此，在顯示字符期間被測信號仍可得到斷續(xù)顯示。為了在顯示字符期間所顯示的波形不產(chǎn)生斷續(xù)現(xiàn)象，要求在各個顯示周期中字符點所截取的波形點各不相同。適當(dāng)選擇T3使T3／T1不為整數(shù)，即可獲得穩(wěn)定顯示。