一款自制簡(jiǎn)易示波器設(shè)計(jì)

這款簡(jiǎn)易示波器的性能如下：

1.電壓擋位：200mV、500mV、1V、2V、5V、12.5V、25V、50V。

2.頻率擋位：12MHz、6MHz、4MHz、3MHz、2MHz、1MHz、500kHz、250kHz、100 kHz、50kHz、25kHz、10kHz。

3.能較好地測(cè)量300 kHz的波形。

這次DIY的示波器性能雖然較弱，僅僅能用來(lái)測(cè)試音頻等300kHz以下頻率的周期波形。不過(guò)它還有一個(gè)實(shí)用的功能，可以用來(lái)測(cè)試+/-50V的電壓(量程是自動(dòng)切換的)。

主要零件
編號(hào) 零件名稱 數(shù)量
1    ATMEGA8單片機(jī) 1
2    5532運(yùn)放 2
3   AD603壓控放大器 1
4    TLV5618[DA] 1
5    ADS830E[AD] 1
6    IDT7205 1
7    ILC7660 2
8   128x64液晶屏
[ST7565控制器] 1
9   24MHz有源晶振 1
10    1117-5.0 2
11    1117-3.3 1
12    79L05 1
13       繼電器 2
14  電容、電阻、二極管 若干
15    三極管 2
16    洞洞板 1
17    按鈕 2

電路分析

這個(gè)版本示波器的電路原理如圖1所示。電路制作時(shí)，我用了1塊16cm×10cm的萬(wàn)用板，電路中僅僅使用2個(gè)按鈕來(lái)操作示波器，因?yàn)槲抑皇褂昧艘黄琈8單片機(jī)作為控制器，1個(gè)按鈕用于循環(huán)改變采樣頻率，另一個(gè)按鈕用來(lái)選擇信號(hào)的耦合方式，直流或者交流耦合。

大家要問(wèn)了，如何用一片 M8 單片機(jī)產(chǎn)生12MHz的采樣時(shí)鐘呢?呵呵，其實(shí)我對(duì)M8單片機(jī)進(jìn)行了超頻，使用24MHz的有源晶振作為它的時(shí)鐘頻率。然后，通過(guò)定時(shí)器2的比較匹配翻轉(zhuǎn)電平，以產(chǎn)生不同的時(shí)鐘。當(dāng)OCR2=0時(shí)，單片機(jī)的OC2引腳就能產(chǎn)生12MHz的方波了。當(dāng)然，如果大家不想超頻，那么最高的采樣頻率就是16MHz的一半，8MHz了。因?yàn)?，M8的技術(shù)手冊(cè)上建議最高為16MHz的時(shí)鐘，而比較匹配的最高頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘的2分頻，即8MHz。本次制作的源代碼使用WinAVR編譯。如果使用16MHz的晶振，請(qǐng)自行修改源代碼。

電路中，被測(cè)量的信號(hào)，經(jīng)過(guò)500kΩ、480 kΩ、20 kΩ電阻串聯(lián)回路，通過(guò)繼電器進(jìn)入第1個(gè)運(yùn)放，運(yùn)放起到阻抗匹配的作用，因?yàn)锳D603的輸入電阻僅為100Ω。單片機(jī)通過(guò)繼電器選擇合適的衰減倍數(shù)，在默認(rèn)情況下，為1/2倍的衰減。在測(cè)量較大的電壓時(shí)，單片機(jī)會(huì)選擇1/50 的衰減。選擇衰減的目的是為了方便后期的2次放大。后期放大使用了一片AD603，它是壓控放大器。通過(guò)改變GPOS(第1腳)與GNEG(第2腳)之間的電壓差，即可控制它的放大倍數(shù)。AD603的GPOS(第1腳)的電壓通過(guò)一片DA5618控制，它是12位串口DA，它的參考電壓為1.25V，由2個(gè)電阻分壓而得。整個(gè)電路的運(yùn)放可以使用NE5532、AD8066、LM6172等，它們的引腳都是兼容的。由于采樣的速度比較快，遠(yuǎn)大于M8單片機(jī)的讀取及處理速度，所以通過(guò)IDT7205來(lái)緩沖高速采樣的電平數(shù)據(jù)。最后，單片機(jī)讀取采樣的數(shù)據(jù)，并在128×64的液晶上顯示。