示波器是最常用的電子測(cè)量?jī)x器之一,，它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖像,。為了攜帶方便，我曾經(jīng)做過一臺(tái)簡(jiǎn)易數(shù)字示波器(見圖22.2),，材料成本只有150元左右,，這臺(tái)數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)思想是：簡(jiǎn)單實(shí)用，價(jià)格低廉,，容易制作。

主要性能指標(biāo)：

最高采樣率：20MSa/s

模擬帶寬：4MHz

輸入阻抗：1MΩ

垂直靈敏度：0.01V/div～5V/div(按1-2-5方式遞進(jìn),，共9擋)

水平掃描速度：1.5μs/div～6ms/div(按1-2-5方式遞進(jìn),，共12擋)

垂直分辨率：8位

顯示屏：2.4 英寸 TFT320×240(驅(qū)動(dòng)控制芯片：ILI9325)

測(cè)量時(shí)能同時(shí)顯示信號(hào)的頻率、電壓峰峰值,，具有信號(hào)保持(HOLD)功能,。

電路工作原理

我們知道,，模擬示波器是用陰極射線示波管(CRT)顯示被測(cè)信號(hào)波形的,，而數(shù)字示波器是采用LCM(LCD顯示模塊，含LCD及顯示驅(qū)動(dòng)控制芯片)顯示被測(cè)信號(hào)波形,。因?yàn)長CM的每一個(gè)顯示像素都對(duì)應(yīng)一個(gè)地址,，地址要用數(shù)據(jù)表示，每一個(gè)像素的顏色也是用數(shù)據(jù)表示的,。因此電路向LCM發(fā)送的是數(shù)據(jù)編碼信號(hào),，這就決定了它和模擬示波器的電路結(jié)構(gòu)不一樣。

本文介紹的數(shù)字示波器的結(jié)構(gòu)框圖如圖22.3所示,。它由垂直輸入電路,、A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)處理與控制電路,、液晶屏顯示電路,、電源電路等部分組成。

輸入的電壓信號(hào)經(jīng)垂直輸入電路放大,，以提高示波器的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)輸出的信號(hào)取樣后由 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,，模擬信號(hào)變成了數(shù)字形式存入存儲(chǔ)器,，微處理器對(duì)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行處理，最終在顯示屏上顯示測(cè)量波形和相關(guān)的參數(shù),，這就是數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作過程,。

數(shù)字示波器的電路原理圖如圖22.4所示，下面分別對(duì)各單元電路進(jìn)行介紹,。

1. 垂直輸入電路

垂直輸入電路由雙運(yùn)算放大器LM6172和衰減電路等部分組成。對(duì)其有兩個(gè)基本的要求：一是對(duì)放大倍數(shù)的控制,，二是要有滿足設(shè)計(jì)要求的足夠的帶寬,。

示波器輸入信號(hào)電壓的動(dòng)態(tài)范圍很大，為了將輸入信號(hào)電壓調(diào)節(jié)到A/D轉(zhuǎn)換電路的最佳采樣范圍,，以便得到最合理的顯示波形,，在信號(hào)電壓較小時(shí)要進(jìn)行放大，在信號(hào)過大時(shí)要進(jìn)行衰減,。

示波器輸入信號(hào)的頻率范圍也很寬,，為了使垂直輸入電路有較平坦的頻率特性曲線，即對(duì)不同頻率的信號(hào)放大電路的增益基本保持一致,。為此選用了高速雙運(yùn)放LM6172,，其帶寬為100MHz,，并在衰減電路中加了頻率補(bǔ)償電容。

電阻R1,、R2,、R3和繼電器K1、K2,、K3等組成衰減電路,，衰減系數(shù)分3擋：1:1、1:10,、1:100,，由K1、K2,、K3控制,。第一級(jí)運(yùn)算放大器接成電壓跟隨器的模式，主要起到緩沖的作用,，提高輸入阻抗,，降低輸出阻抗。第二級(jí)運(yùn)算放大器接成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路的模式,，其中電阻R6,、R7、R8和繼電器K4,、K5等組成3擋增益調(diào)節(jié)電路,，放大器的增益由K4、K5控制,。當(dāng)觸點(diǎn)K4閉合時(shí)增益為(R6+R9)/R6;當(dāng)觸點(diǎn)K4開啟,、K5閉合時(shí)增益為(R6+R7+R9)/(R6+R7);當(dāng)觸點(diǎn)K4、K5均開啟時(shí)增益為(R6+R7+R8+R9)/(R6+R7+R8),。按電路圖中各電阻的取值,，對(duì)應(yīng)本級(jí)3擋的增益分別為25、12.5,、5,。

繼電器K1～K5工作狀態(tài)受單片機(jī)控制，所以垂直輸入電路是一個(gè)程控放大器,。垂直靈敏度和K1～K5工作狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表22.1(1表示閉合,，0表示斷開)。

2. A/D 轉(zhuǎn)換電路

我們知道,，A/D轉(zhuǎn)換電路的作用就是將模擬信號(hào)數(shù)字化,。一般把實(shí)現(xiàn)連續(xù)信號(hào)到離散信號(hào)的過程叫采樣。連續(xù)信號(hào)經(jīng)過采樣和量化后才能被單片機(jī)處理,。通過測(cè)量等時(shí)間間隔波形的電壓幅值,，并把該電壓值轉(zhuǎn)化為用二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字信息，這就是數(shù)字示波器的采樣,，采樣的工作過程見圖22.5,。采樣的時(shí)間間隔越小，重建出來的波形就越接近原始信號(hào),。采樣率就是每秒采樣的次數(shù),，例如，示波器的采樣率是10MSa/s,，即每秒采樣10M次,，則表示每 0.1μs進(jìn)行一次采樣。采樣率是數(shù)字示波器最重要的一項(xiàng)指標(biāo),。

根據(jù)Nyquist采樣定理,，當(dāng)對(duì)一個(gè)最高頻率為f的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，采樣率必須大于f的兩倍以上才能確保從采樣值完全重構(gòu)原來的信號(hào),。對(duì)于正弦波,，每個(gè)周期至少需要兩次以上的采樣才能保證根據(jù)采樣數(shù)據(jù)恢復(fù)原始波形。在數(shù)字示波器中,，為了減小顯示波形的失真,，采樣率至少要取被測(cè)信號(hào)頻率的5～8倍。本文介紹的數(shù)字示波器采樣率取被測(cè)信號(hào)頻率的5倍,，因?yàn)樽罡卟蓸勇蕿?0MSa/s,，所以當(dāng)被測(cè)信號(hào)的帶寬在4MHz以內(nèi)時(shí)有比較好的測(cè)量結(jié)果。

采樣率的提高受制于A/D轉(zhuǎn)換芯片的工作速度,，本文電路中使用的單片機(jī)ATmega16內(nèi)部雖然也有A/D轉(zhuǎn)換器,，但其工作頻率太低，不能滿足數(shù)字示波器的采樣要求,。因此我們用了一片高速A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS830E,，其最高采樣率可達(dá)60MSa/s。ADS830E的轉(zhuǎn)換精度為8位二進(jìn)制數(shù),，即垂直分辨率為256,，因?yàn)檫x用的LCM的分辨率為320×240，對(duì)應(yīng)垂直分辨率為240,，所以ADS830E完全能滿足分辨率的使用要求,。

ADS830E的IN(17腳)是供采樣的模擬信號(hào)的輸入端，CLK(10腳)是采樣時(shí)鐘信號(hào)輸入端,。每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖就進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換,，轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)由D0～D7輸出。ADS830E的輸入電壓幅度可以通過11腳進(jìn)行控制,，當(dāng)11腳接高電平時(shí),，ADS830E的輸入電壓范圍是1.5～3.5V;當(dāng)11腳接低電平時(shí),，輸入電壓范圍是2～3V。這里選用1.5～3.5V的輸入電壓范圍,，中點(diǎn)電壓為2.5V,，中點(diǎn)電壓由電位器RP進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)IN輸入電壓為1.5V時(shí),，D0～D7輸出的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是0x00,，當(dāng)IN輸入電壓為3.5V時(shí)，D0～D7輸出的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是0xff,，即255,。

3. 數(shù)字信號(hào)處理與控制電路

數(shù)字信號(hào)處理與控制電路由單片機(jī)ATmega16,、FIFO(先進(jìn)先出)存儲(chǔ)器IDT7205,、4個(gè)2輸入與非門74HC00等組成。

單片機(jī)ATmega16在電路中的主要作用是：(1)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,，轉(zhuǎn)換成LCM能接受的數(shù)據(jù)格式,，輸出給它顯示;(2)產(chǎn)生ADS830E、IDT7205工作所需要的時(shí)鐘脈沖信號(hào);(3)通過按鍵對(duì)示波器參數(shù)進(jìn)行控制調(diào)節(jié),，輸出繼電器的控制信號(hào),。

FIFO存儲(chǔ)器IDT7205是一個(gè)雙端口的存儲(chǔ)緩沖芯片,，具有控制端,、標(biāo)志端、擴(kuò)展端和8192×9的內(nèi)部RAM陣列,，12ns的高速存取時(shí)間,。內(nèi)部讀、寫指針在先進(jìn)先出的基礎(chǔ)上可進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)寫入和讀出,。當(dāng)有數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)輸入端口D0～D8時(shí),，可由控制端Wclk來控制數(shù)據(jù)的寫入。為了防止數(shù)據(jù)的寫溢出,，可用標(biāo)志端滿FF,、半滿HF來標(biāo)明數(shù)據(jù)的寫入情況，寫入時(shí)由內(nèi)部寫指針安排其寫入的位置,。由于內(nèi)部RAM陣列的特殊設(shè)計(jì),，先存入的數(shù)據(jù)將被先讀出。如果需要數(shù)據(jù)外讀,，則可由控制端Rclk來控制數(shù)據(jù)的讀出,。RST為復(fù)位端。Wclk、Rclk,、RST均由單片機(jī)ATmega16提供控制脈沖,。數(shù)據(jù)輸出端口Q0～Q8是三態(tài)的，在無讀信號(hào)時(shí)呈高阻態(tài),。輸入數(shù)據(jù)位D0～D8和輸出數(shù)據(jù)位Q0～Q8均為9位,，這里輸入和輸出均只使用了8位，即只使用了D0～D7和Q0～Q7,。

讀到這里，有的讀者可能會(huì)問：把ADS830E輸出端口D0～D7輸出的數(shù)據(jù)直接輸入ATmega16的PA端口不就行了嗎,，為什么還要在中間加上一個(gè)IDT7205?這是因?yàn)锳DS830E工作速度比ATmega16快得多,，即ATmega16讀取數(shù)據(jù)的速度比ADS830E輸出數(shù)據(jù)的速度慢，如果直接相連ATmega16就拖了ADS830E的后腿,。加上IDT7205后就起到了緩沖的作用,，ADS830E轉(zhuǎn)換的結(jié)果先存在IDT7205內(nèi)，等到ATmega16需要時(shí),再從IDT7205中讀出來,。

ADS830E的采樣時(shí)鐘與IDT7205的寫信號(hào)時(shí)鐘是同一個(gè)時(shí)鐘源,，以確保兩者同步。時(shí)鐘脈沖信號(hào)由ATmega16使用內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生,，由于ATmega16外接晶體的頻率為20MHz,，所以產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)最高頻率只能達(dá)到10MHz，為了使采樣率達(dá)到20MSa/s,，使用了74HC00等構(gòu)成的倍頻電路,。若ATmega16 PD7端輸出的脈沖信號(hào)頻率為f，則74HC00的F4輸出的脈沖信號(hào)頻率為2f,，倍頻電路的工作過程和各點(diǎn)脈沖信號(hào)時(shí)序關(guān)系如圖22.6所示,。

K1～K5是干簧繼電器，干簧繼電器特點(diǎn)是吸合和釋放時(shí)噪聲很小,，功耗低,。因其吸合電流較小，所以可直接用ATmega16的輸出端口驅(qū)動(dòng),。

SB1～SB5是示波器調(diào)節(jié)按鈕,。SB1、SB2是水平掃描速度調(diào)節(jié)按鈕,，按SB1時(shí)μs/div的值增加(水平掃描速度減小),，按SB2時(shí)μs/div的值減小(水平掃描速度增加);SB3、SB4是垂直靈敏度調(diào)節(jié)按鈕,，按SB3時(shí)V/div的值增加(垂直靈敏度減小),，按SB4時(shí)V/div的值減小(垂直靈敏度增加);SB5是波形保持(HOLD)按鈕，按一下測(cè)量波形被凍結(jié)保持，同時(shí)在顯示屏上顯示字符“HOLD”,，再按一下又恢復(fù)到正常測(cè)試狀態(tài),。所有調(diào)節(jié)參數(shù)均顯示在液晶屏上，調(diào)節(jié)好的參數(shù)將自動(dòng)保存到ATmega16的EEPROM中,，下次開機(jī)時(shí)有關(guān)參數(shù)將預(yù)設(shè)在上次關(guān)機(jī)前的設(shè)定值上,。

4. 顯示電路

LCM采用2.4英寸TFT彩色液晶屏，分辨率為320像素×240像素,，驅(qū)動(dòng)控制芯片為ILI9325,，該芯片傳遞數(shù)據(jù)8/16接口位兼容，使用8位接口時(shí)能夠節(jié)省單片機(jī)的輸出端口,，在8位接口工作狀態(tài)時(shí)16位數(shù)據(jù)分兩次傳遞,，速度稍慢。數(shù)據(jù)端口D0～D15中的高8位D8～D15為8位接口使用的端口,。8/16接口位的選擇由端口IM0控制,，IM0接高電平時(shí)為8位接口工作狀態(tài)，IM0接低電平時(shí)為16位接口工作狀態(tài),。

電路中ILI9325的工作電壓是3V,，ATmega16的工作電壓是5V，兩者高電平不一致,，通信端口相連時(shí)要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換,，因?yàn)檫@里只需要ATmega16向ILI9325單向傳遞數(shù)據(jù)，所以只需要將5V向3V電平轉(zhuǎn)換,，不需要將3V電平向5V電平轉(zhuǎn)換,，就不必使用專用的電平轉(zhuǎn)換芯片，只要用電阻分壓電路將5V高電平轉(zhuǎn)換成3V高電平就行了,。電路中R14～R35組成電阻分壓電路,，連接端口有8個(gè)數(shù)據(jù)端口和3個(gè)控制端口。

5. 電源電路

這個(gè)數(shù)字示波器使用了交流電源,，提供+5V,、?5V、+3V三種直流電壓,。

程序設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)好電路只是為數(shù)字示波器奠定基礎(chǔ),，更重要的是單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)。實(shí)際上在設(shè)計(jì)硬件時(shí)既要考慮到功能,，也要考慮到程序設(shè)計(jì)的需要,。比如對(duì)單片機(jī)的選型，主要考慮功能,、工作速度,、端口的數(shù)量,、程序存儲(chǔ)器Flash的容量、RAM的容量,、有沒有EEPROM等,。綜合考慮后選用AVR單片機(jī)ATmega16，它的程序存儲(chǔ)器Flash為16KB,，RAM為1KB,，使用時(shí)將16MHz的時(shí)鐘頻率超頻到20MHz，經(jīng)過對(duì)其資源合理分配,，完全可以滿足設(shè)計(jì)要求,。

程序的開發(fā)環(huán)境為ICC-AVR V6.31A，使用 C語言編寫,。程序采用了分時(shí)控制,、順序調(diào)度的工作方式，沒有使用任何中斷程序,，程序流程圖如圖22.7所示。

下面對(duì)主要部分進(jìn)行分別介紹,。

1. 垂直靈敏度控制

按鈕SB3、SB4用來調(diào)節(jié)垂直靈敏度,，按動(dòng)后通過鍵盤掃描程序可以增加或減小程序中變量Key_ver的值,，Key_ver取值范圍為1～9，分別對(duì)應(yīng)9擋垂直靈敏度,，通過Key_ver的取值控制繼電器K1～K5的工作狀態(tài),，從而得到相應(yīng)的靈敏度。

以K1為例,，K1接ATmega16的PB0端口,，有關(guān)宏定義為：

#define K1_ON PORTB &=～(1<

#define K1_OFF PORTB |= (1<

因此，K1_ON表示PB0輸出低電平,，K1閉合,，觸點(diǎn)接通;K1_OFF表示PB0輸出高電平，K1釋放,，觸點(diǎn)斷開,。

2. 水平掃描速度控制

水平掃描速度控制是通過改變A/D轉(zhuǎn)換電路的采樣率來實(shí)現(xiàn)的，按動(dòng)SB1,、SB2可以改變程序中變量Key_hor的值,，Key_hor取值范圍為1～12，分別對(duì)應(yīng)12擋水平掃描速度,。

A/D轉(zhuǎn)換電路所需的采樣時(shí)鐘脈沖用ATmega16的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2-T/C2產(chǎn)生,，選擇CTC工作模式。其工作參數(shù)主要由控制寄存器TCCR2、計(jì)數(shù)寄存器TCNT2,、輸出比較寄存器OCR2決定,。TCCR2中的位CS22、CS21,、CS20的取值確定T/C2的時(shí)鐘源的分頻系數(shù),，OCR2中的數(shù)據(jù)用于同TCNT2中的計(jì)數(shù)值進(jìn)行連續(xù)的匹配比較，一旦TCNT2計(jì)數(shù)值與OCR2的數(shù)據(jù)相等,，單片機(jī)端口OC2的輸出電平即取反,，這樣即可輸出脈沖信號(hào)。脈沖信號(hào)的頻率f由時(shí)鐘源的分頻系數(shù)和OCR2的預(yù)置值決定,，計(jì)算公式為f=時(shí)鐘源頻率/(2×(1+OCR2)),，OC2輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)倍頻后作為采樣時(shí)鐘信號(hào)，相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系見表22.2,。

只要對(duì)寄存器TCCR2,、OCR2的值進(jìn)行設(shè)置，就可以獲得我們所需頻率的采樣時(shí)鐘信號(hào),。

3. 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取

ADS830E的采樣數(shù)據(jù)存入IDT7205后達(dá)到一定數(shù)量就停止采樣,，再將IDT7205存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)讀入ATmega16，程序中用一個(gè)數(shù)組RAM[650]來存儲(chǔ)讀取的數(shù)據(jù),，存儲(chǔ)容量為650,，即一次讀取650個(gè)采樣數(shù)據(jù)。

仔細(xì)看了電路圖的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn),，IDT7205的滿FF端口并沒有使用,，為什么不用呢?這是因?yàn)锳Tmega16的RAM容量只有1KB，只能分配約650個(gè)存儲(chǔ)單元用來存儲(chǔ)從IDT7205讀取的數(shù)據(jù),，IDT7205存多了數(shù)據(jù)也沒有用,，ATmega16不能全部存儲(chǔ)，多余的數(shù)據(jù)就丟棄了,，還不如少讀點(diǎn)數(shù)據(jù)節(jié)省時(shí)間,，提高顯示波形的刷新頻率。這在采樣時(shí)鐘頻率較低時(shí)效果尤為明顯,，因?yàn)椴蓸訒r(shí)鐘頻率越低,，采集一個(gè)數(shù)據(jù)所花的時(shí)間越長。以采樣時(shí)鐘頻率5kHz為例,，如果要將IDT7205存滿8192個(gè)數(shù)據(jù),，所需要的時(shí)間為8192/5000≈1.6s, 顯示波形1.6s以上才能刷新一次，這顯然是不行的,。如果存滿700個(gè)就結(jié)束,，則所需要的時(shí)間為700/5000=0.14s,刷新速度提高了很多,。

從上面的分析可以看出，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器其實(shí)使用IDT7202就夠了,，IDT7202有1024個(gè)存儲(chǔ)單元,。不過筆者只買到了DIP封裝的IDT7205，雖然有點(diǎn)大材小用,，但為以后數(shù)字示波器升級(jí)提供了空間,。FIFO存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容量稱為數(shù)字示波器的存儲(chǔ)深度，也稱記錄長度,，存儲(chǔ)深度也是數(shù)字示波器的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo),，適當(dāng)存儲(chǔ)深度便于對(duì)顯示波形進(jìn)行分析和處理。

不使用FF端口是如何控制IDT7205存儲(chǔ)數(shù)量的呢?我在IDT7205存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)不同的采樣時(shí)鐘頻率設(shè)置了不同的延時(shí)時(shí)間,，在此時(shí)間內(nèi)能存入多于700個(gè)數(shù)據(jù)即可,。延時(shí)結(jié)束后即將IDT7205的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀入ATmega16。

由于ADS830E每次重新進(jìn)入工作狀態(tài)要有一個(gè)穩(wěn)定的過程,，開始采樣的幾個(gè)數(shù)據(jù)精度不高，因此在讀取IDT7205數(shù)據(jù)時(shí)先空讀50個(gè)數(shù)據(jù),，將這些數(shù)據(jù)丟棄,，然后再將后面的數(shù)據(jù)讀入ATmega16。

4. 數(shù)據(jù)計(jì)算處理

數(shù)據(jù)計(jì)算處理工作主要包括同步觸發(fā)信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)電壓峰峰值測(cè)量,、信號(hào)頻率測(cè)量,。這部分程序設(shè)計(jì)的思路是：

先在650個(gè)數(shù)據(jù)的前350個(gè)數(shù)據(jù)中以顯示屏的垂直中點(diǎn)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)120為基準(zhǔn)，找到同步觸發(fā)信號(hào),。之所以在前350個(gè)數(shù)據(jù)中找同步觸發(fā)信號(hào),，是為保留后面至少有300個(gè)數(shù)據(jù)供顯示波形用。找到同步觸發(fā)信號(hào)后,，則把對(duì)應(yīng)該點(diǎn)數(shù)據(jù)為起點(diǎn)的連續(xù)300個(gè)數(shù)據(jù)作為顯示數(shù)據(jù),。

然后找到650個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，求最大值和最小值的算術(shù)平均數(shù),，即可得到中點(diǎn)電壓值,，檢測(cè)信號(hào)相鄰兩次向上穿過中點(diǎn)的時(shí)間差即可計(jì)算出信號(hào)的周期。

5. LCM的控制與顯示

TFT-LCD顯示屏的分辨率為320像素×240像素,。顯示屏的每一個(gè)像素都對(duì)應(yīng)著驅(qū)動(dòng)控制芯片ILI9325內(nèi)部存儲(chǔ)器唯一的一個(gè)地址(x,，y)，x為橫坐標(biāo),，尋址范圍為0～319;y為縱坐標(biāo),，尋址范圍為0～239,。在像素對(duì)應(yīng)地址寫入16位顏色數(shù)據(jù)就可以顯示相應(yīng)的顏色，如果某一點(diǎn)要清除,，只要對(duì)該像素對(duì)應(yīng)的地址寫入背景色就可以了,。由于這里ILI9325采用8位接口工作模式，因此傳遞16位數(shù)要分兩次進(jìn)行,。

因?yàn)閿?shù)字示波器既要顯示被測(cè)信號(hào)的波形,，也要顯示有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，如電壓峰峰值,、頻率,、水平掃描速度、垂直靈敏度等,，所以必須對(duì)顯示區(qū)域進(jìn)行合理的劃分,，并對(duì)顏色進(jìn)行規(guī)劃設(shè)置，分配好的顯示區(qū)域如圖22.8所示,。圖中用來顯示波形的區(qū)域?yàn)橹虚g的300×200,。在這個(gè)區(qū)域畫了刻度線，將水平方向分成10格,，垂直方向分成8格,。其余區(qū)域用來顯示各種數(shù)據(jù)。

對(duì)ILI9325最基本的操作有兩種：發(fā)送命令和發(fā)送數(shù)據(jù),。無論是顯示屏的初始化,，還是設(shè)置顯示地址和顯示顏色，都要用到這兩種基本操作,。

顯示被測(cè)信號(hào)波形的過程是：先清除上一幀顯示波形,，然后畫刻度線(刻度線每次都要重畫，因?yàn)橛行┖惋@示波形交叉的點(diǎn)也被清除了),，最后畫新的一幀信號(hào)波形,，同時(shí)備份數(shù)據(jù)作下一次清除用。顯示信號(hào)波形時(shí),，存儲(chǔ)器地址(x,y)中的x代表水平掃描信號(hào)所處的位置,，y代表信號(hào)電壓的大小。每次刷新信號(hào)波形時(shí),，信號(hào)電壓峰峰值和信號(hào)頻率顯示數(shù)據(jù)也同時(shí)刷新一次,。水平掃描速度和垂直靈敏度的數(shù)據(jù)只有在重新調(diào)整后才刷新。

元器件選擇

主要元器件的清單見表22.3,。

經(jīng)過試驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)在工作電壓為5V時(shí),，單片機(jī)ATmega16和ATmega16L在時(shí)鐘頻率為20MHz下均能正常工作,。因此,，如果你手頭只有ATmega16L也可以使用。

IDT7205如果使用PLCC封裝的芯片,，請(qǐng)注意引腳編號(hào)不同,。

干簧繼電器也可以選用其他型號(hào)的，只要工作電壓是5V,，閉合電流小于20mA即可,。

機(jī)箱我選用的是成品塑料機(jī)箱，你也可以用其他樣式的,，或者自己用有機(jī)玻璃DIY,。

顯示屏和ADS830E的兩塊轉(zhuǎn)接板是必須要用的，不然無法在萬能板上安裝,，可以設(shè)法和元器件一起采購,。

顯示屏的品牌很多,，你很難買到和我一樣的品牌。但有一點(diǎn)要注意,，驅(qū)動(dòng)控制芯片一定要是ILI9325的,，如果不是，你就要修改程序了,，不同的芯片即使是同一系列,，驅(qū)動(dòng)程序也往往不兼容。即使驅(qū)動(dòng)芯片一樣,，不同品牌的顯示屏引腳編號(hào)也可能不一致,，接線時(shí)要仔細(xì)對(duì)照。另外有一點(diǎn)提醒一下：我買的顯示屏的4個(gè)背光二極管是并聯(lián)的,，我是把它們公共的陽極串接一個(gè)電阻(不知道模塊內(nèi)部有沒有限流電阻，還是外接一個(gè)電阻保險(xiǎn))接到+5V電源,，如果你買的顯示屏的背光二極管是串聯(lián)的,，要求的工作電壓就高了，接到+5V是不能發(fā)光的,，可串連一個(gè)100Ω(電阻的取值使發(fā)光二極管工作電流不超過20mA為宜)接到LM7805的輸入端,，此處的電壓約有10V，可以滿足驅(qū)動(dòng)要求,。

安裝

安裝前先將目標(biāo)文件dso.hex寫入單片機(jī)ATmega16,，特別提醒一下：用編程器將目標(biāo)文件調(diào)入時(shí)要選擇“緩沖區(qū)預(yù)先填充00”選項(xiàng)，否則在顯示屏顯示字符時(shí)會(huì)出現(xiàn)色塊,。如果你用下載線寫入文件,，則往往不提供該選項(xiàng)給你選,，會(huì)直接把緩沖區(qū)都填入了FF，見圖22.9上半部分,，這時(shí)你可以手工編輯一下,，把方框中的FF全部改為00，結(jié)果見圖22.9下半部分,。

5個(gè)按鈕開關(guān)單獨(dú)安裝在小的萬能板上,，見圖22.10。其余的元件除顯示屏直接固定在機(jī)箱面板上外,，都安裝在大的萬能板上,。接線時(shí)注意同一單元要一點(diǎn)接地，數(shù)字地和模擬地要分開,。三端穩(wěn)壓器LM7805要加一個(gè)小的散熱片,。

機(jī)箱的面板根據(jù)顯示屏的大小、按鈕開關(guān)和BNC插座的安裝位置開孔,，面板上的標(biāo)記可打印在一張紙上,，再用1～2mm的透明有機(jī)玻璃做一塊尺寸一樣的面板(對(duì)應(yīng)顯示屏的位置不開窗口，正好做防護(hù)屏),，再把打印好的紙夾在兩層中間,，用螺絲固定好后，面板就做好了,。

按鈕開關(guān)電路板是直接用4個(gè)螺絲固定在面板上的,，顯示屏可用熱熔玻璃膠固定，把顯示屏在窗口擺正位置后,，在4個(gè)角用熱熔玻璃膠固定一下就可以了,。

安裝好的示波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖22.11。

調(diào)試

如果安裝時(shí)沒有接線錯(cuò)誤,，元器件沒有質(zhì)量問題，調(diào)試還是比較容易的,。

調(diào)試分4步進(jìn)行,。

(1)各單元先不接電源，測(cè)量電源部分輸出電壓是否正常,，正常后再接通各部分的電源,。

(2)檢查顯示屏工作是否正常，接通電源,，顯示屏初始化后先是全屏顯示白色閃亮一下,，然后顯示刻度線和相關(guān)數(shù)據(jù),。如果開機(jī)后顯示屏沒有反應(yīng)，先檢查單片機(jī)有沒有正常工作,，如按動(dòng)K3,、K4繼電器的工作狀態(tài)應(yīng)該有所改變。如正常再查顯示屏的連線和供電是否正常,，直至顯示正常才能進(jìn)入下一步,。

(3)將示波器輸入端信號(hào)線短接，調(diào)節(jié)電位器RP,，使其中點(diǎn)電壓為2.44V(注意不是1.5～3.5V的中點(diǎn)電壓2.5V,，因?yàn)轱@示屏垂直方向中點(diǎn)的值是120，120是2.44V電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后對(duì)應(yīng)的值,，對(duì)應(yīng)2.5V電壓的A/D轉(zhuǎn)換值是255/2),，這時(shí)候可以看到一條水平掃描線出現(xiàn)在水平中線附近，見圖22.12,，仔細(xì)調(diào)節(jié)RP,，使得其和水平中線重合。

(4)對(duì)衰減器的頻率補(bǔ)償電容進(jìn)行調(diào)整,，將垂直靈敏度調(diào)到0.5V/div,，輸入 200kHz、幅度1V的方波,，改變電容C2的容量,，使示波器顯示的方波波形最好;再將垂直靈敏度調(diào)到1V/div，輸入200kHz,、幅度2V的方波,，改變電容C3的容量，使示波器顯示的方波波形最好,。頻率補(bǔ)償電容與方波波形的關(guān)系見圖22.13,。

裝配調(diào)試好的數(shù)字示波器的使用效果見圖22.14。