专利名称：一种手持示波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种手持示波器，属于电子测量仪器技术领域。
背景技术：
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象显示出来，从而便于人们研究各种电现象的变化过程。传统的示波器有模拟和数字两种，模拟示波器的工作方式是直接测量信号，并通过从左到右穿过示波器屏幕的电子束在垂直方向描绘信号，具有精度低，显示闪烁，带宽局限等缺点；数字示波器可以有效防止上述缺点。目前，市售的数字示波器大多体积较大，移动不方便，使用较为局限。专利号200910216209. O名称为“一种通道隔离的手持式数字示波器”及专利号201020190656. I名称为“手持式可触控示波器”的专利文件分别公开了一种手持示波器，但是以上所公开的手持示波器，其信号的采样频率较低、信号测量准确性较差且结构复杂、功耗大、成本闻、不容易实现。
实用新型内容本实用新型的目的在于，提供一种手持示波器，它可以有效解决现有技术存在的问题，尤其是手持示波器的信号采样频率较低、信号测量准确性较差且结构复杂、功耗大、成本高、不容易实现的问题。为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案一种手持示波器，包括顺次连接的探头、A/D模数转换器、FPGA芯片、微控制单元和显示器，其中，所述的A/D模数转换器为2个，2个A/D模数转换器并联连接。前述的手持示波器中，所述的FPGA芯片3包括PLL时钟发生模块6、FIF0存储器
7、I/O数据接口 8和A/D时钟发生模块9，A/D时钟发生模块9分别与PLL时钟发生模块6、微控制单元4和A/D模数转换器2连接，FIFO存储器7分别与A/D模数转换器2和I/O数据接口 8连接，I/O数据接口 8与微控制单元4连接。前述的手持示波器中，还包括程控衰减放大器，程控衰减放大器分别与探头和A/D模数转换器连接，程控衰减放大器对探头输入的信号进行阻抗变换，对信号进行程控衰减放大，将电压信号控制在A/D模数转换器能够采样的范围内，从而提高采样精度。前述的手持示波器中，所述的程控衰减放大器包括AD603芯片、LM6172电压跟随器和LM6172放大器，LM6172电压跟随器可以实现阻抗匹配，使得进入系统的电信号衰减最少,LM6172放大器可以进行二级放大,控制电压的偏移量,从而方便A/D模数转换器对信号采样。前述的手持示波器中，还包括D/A增益控制器，D/A增益控制器分别与程控衰减放大器和微控制单元连接，从而可以控制程控衰减放大器的放大倍数。前述的手持示波器中，所述的微控制单元可采用STM32芯片，STM32芯片基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARM Cortex-M3内核，价格便宜，32位ARMCortex—M3内核架构，性能高，时钟频率高达72MHz。前述的手持示波器中，所述的显示器采用TFT彩色显示器，TFT (Thin FilmTransistor)IXD即薄膜场效应晶体管IXD，是有源矩阵类型液晶显示器(AM-IXD)中的一种，价格便宜，性能好，色彩多样。前述的手持示波器中，还包括液晶显示器背光驱动电路，液晶显示器背光驱动电路与显示器连接，液晶显示器背光驱动电路为升压电路，由于液晶屏背光要20V+的电压驱动，采用液晶显示器背光驱动电路后，从而可以克服电源电压小，无法驱动液晶显示器工作的缺点。前述的手持示波器中，还包括按键，按键与微控制单元连接，从而方便用户对系 统进行必要的调整控制。前述的手持示波器中，所述的FPGA芯片采用型号为EP4CE10的芯片；A/D模数转换器采用A/D模式转换芯片ADS830 ;液晶显示器背光驱动电路采用CAT4237液晶显示器背光驱动电路，EP4CE10是Altera公司Cyclone IV系列的一款芯片，性能相比于以往的产品有了一定的提高，价格低廉，能满足系统设计占有的逻辑单元数的要求;ADS830是八位60MHz采用率的模数转换器，价格低廉，采样率快且转换精确度高；CAT4237是一款boost升压芯片，效率高，性能好。与现有技术相比，本实用新型通过利用FPGA芯片分别给两个并联的A/D模数转换器提供相位相差90 °的脉冲，则可以实现FPGA芯片同时控制两个并联的A/D模数转换器进行交替采样，其中一个A/D模数转换器在另一个A/D模数转换器数据保持期间进行转换，A/D模数转换器总体的数据保持时间减少一半，即采样频率增倍，最高的采样率可达120 ms/
S。另外通过FPGA芯片对A/D模数转换器的高速数据流缓冲及对D/A增益控制器和A/D模数转换器的控制，通过微控制单元对显示器的驱动及驱动D/A增益控制器控制程控衰减放大器的放大倍数，从而提高了信号的采样精度和信号测量的准确性。本实用新型所需部件较少，系统结构简单、功耗小、成本低，较容易实现。
图I是本实用新型的一种实施例的结构示意图；图2是本实用新型的另一实施例的结构示意图；图3是程控衰减放大器的电路图；图4是液晶显不器背光驱动电路图；图5是耦合及衰减方式衰减电路。附图标记1_探头，2- A/D模数转换器，3- FPGA芯片，4_微控制单元，5_显示器，6- PLL时钟发生模块，7- FIFO存储器，8- 1/0数据接口，9-A/D时钟发生模块，10-程控衰减放大器，11- D/A增益控制器，12-液晶显示器背光驱动电路，13-按键。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
实施例I : 一种手持示波器，如图I所示，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器
2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。实施例2 : —种手持示波器，如图2所示，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。所述的FPGA芯片3包括PLL时钟发生模块6、FIF0存储器7、I/O数据接口 8和A/D时钟发生模块9，A/D时钟发生模块9分别与PLL时钟发生模块6、微控制单元4和A/D模数转换器2连接，FIFO存储器7分别与A/D模数转换器2和I/O数据接口 8连接，I/O数据接口 8与微控制单元4连接。实施例3 : —种手持示波器，如图2所示，包括顺 次连接的探头1、A/D模数转换器
2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。还包括程控衰减放大器10(如图3所示)，程控衰减放大器10分别与探头I和A/D模数转换器2连接。所述的程控衰减放大器10包括AD603芯片、LM6172电压跟随器和LM6172放大器。实施例4 : 一种手持示波器，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器2、FPGA芯片
3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。所述的程控衰减放大器10包括AD603芯片、LM6172电压跟随器和LM6172放大器。还包括D/A增益控制器11，D/A增益控制器11分别与程控衰减放大器10和微控制单元4连接。实施例5 : —种手持示波器，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器2、FPGA芯片
3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。所述的微控制单元4可采用STM32芯片。实施例6 : —种手持示波器，如图2所示，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。所述的显示器5采用TFT彩色显示器。还包括液晶显示器背光驱动电路12 (如图4所示)，液晶显示器背光驱动电路12与显示器5连接。实施例7 : —种手持示波器，如图2所示，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。还包括液晶显示器背光驱动电路12，液晶显示器背光驱动电路12与显示器5连接。还包括按键13，按键13与微控制单元4连接。实施例8 : —种手持示波器，如图2所示，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。还包括液晶显示器背光驱动电路12，液晶显示器背光驱动电路12与显示器5连接。所述的FPGA芯片3采用型号为EP4CE10的芯片；A/D模数转换器2采用A/D模式转换芯片ADS830 ;液晶显示器背光驱动电路12采用CAT4237液晶显示器背光驱动电路。实施例9 :一种手持示波器，如图2所示，包括顺次连接的探头1、A/D模数转换器
2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。所述的FPGA芯片3包括PLL时钟发生模块6、FIF0存储器7、I/O数据接口 8和A/D时钟发生模块9，A/D时钟发生模块9分别与PLL时钟发生模块6、微控制单元4和A/D模数转换器2连接，FIFO存储器7分别与A/D模数转换器2和I/O数据接口 8连接，I/O数据接口 8与微控制单元4连接。还包括程控衰减放大器10，程控衰减放大器10分别与探头I和A/D模数转换器2连接。所述的程控衰减放大器10包括AD603芯片、LM6172电压跟随器和LM6172放大器。还包括D/A增益控制器11，D/A增益控制器11分别与程控衰减放大器10和微控制单元4连接。所述的微控制单元4可采用STM32芯片。实施例10 : —种手持示波器，如图2所示，包括顺次连接的探头I、A/D模数转换器2、FPGA芯片3、微控制单元4和显示器5，其中，所述的A/D模数转换器2为2个，2个A/D模数转换器2并联连接。所述的FPGA芯片3包括PLL时钟发生模块6、FIFO存储器7、I/O数据接口 8和A/D时钟发生模块9，A/D时钟发生模块9分别与PLL时钟发生模块6、微控制单元4和A/D模数转换器2连接，FIFO存储器7分别与A/D模数转换器2和I/O数据接口 8连接，I/O数据接口 8与微控制单元4连接。还包括程控衰减放大器10，程控衰减 放大器10分别与探头I和A/D模数转换器2连接。所述的程控衰减放大器10包括AD603芯片、LM6172电压跟随器和LM6172放大器。还包括D/A增益控制器11，D/A增益控制器11分别与程控衰减放大器10和微控制单元4连接。所述的显示器5采用TFT彩色显示器。液晶显示器背光驱动电路12，液晶显示器背光驱动电路12与显示器5连接。还包括按键13，按键13与微控制单元4连接。所述的FPGA芯片3采用型号为EP4CE10的芯片；A/D模数转换器2采用A/D模式转换芯片ADS830 ;液晶显示器背光驱动电路12采用CAT4237液晶显示器背光驱动电路。所述的程控衰减放大器10的工作原理是如图5所示，图5是图3的前一级电路，图3中的SGN_F是连接到图5中的SGN_F的。电压信号从探头I的Pl端口输入，经过耦合方式的选择进入分压衰减网络，其中Kl与K2为继电器，分别为衰减选择和耦合选择的器件，STM32单片机通过控制C0UP_SEL、ATT_SEL端口对选择方式进行控制。当K2打开时，电压信号经过C3，可以将电压信号中的交流分量滤去，信号进入由R2、R3组成的衰减网络后，十倍的衰减，由于电阻在高频时有电感效应，加入C4、C5进行高频补偿作用。信号进入LM6172组成的电压跟随器后，电压跟随器可以改变系统的输入阻抗(由于数字放大器有输入阻抗无穷大，输出阻抗很小的特点)，电压信号不变。然后信号进去AD603组成的程控放大器，G+、G-为程控放大增益控制端，通过TLV5616 16位精确数模转换器来控制G+、G_，两个端口的电压差来改变放大器的增益Gain (dB) = 40 VG +10，放大器在O 90MHz频带内有-Ildb 31db的放大倍数。通过耦合选择电路，可以选择所测信号(交流或直流)，从而使得信号测量更加准确；通过衰减选择电路，可以根据输入电压的幅值选择衰减倍数，从而可以保护系统，同时进一步提高信号测量的准确性。本实用新型的工作原理是首先，对PLL时钟发生模块6、A/D时钟发生模块9初始化，A/D模数转换器2初始化，D/A增益控制器11初始化。探头I接收电压信号后，程控衰减放大器10对该信号进行阻抗变换，即对信号进行程控衰减放大，将电压信号控制在A/D模数转换器2能够采样的范围内，其中微控制单元4发出控制信号，通过D/A增益控制器11对程控衰减放大器的放大倍数进行控制。FPGA芯片3上的PLL时钟发生模块6给A/D时钟发生模块9发送脉冲信号，A/D时钟发生模块9给2个并联的A/D模数转换器2分别提供相位相差90°的脉冲，2个并联的A/D模数转换器2同时工作，一个A/D模数转换器2在另一个A/D模数转换器2数据保持时转换，这样A/D模数转换器2总体的数据保持时间减少一半。采集到的数据存入FPGA芯片3上的FIFO存储器7中，当FIFO存储器7存满时，FPGA芯片3通过I/O数据接口 8发出一个FIFO存储器7已存信号通知微控制单元4读数 据。微控制单元4读取数据后驱动液晶显示器背光驱动电路12，通过显示器5进行显示。另外加入了按键13，用户可以通过按键13对波形进行调整当按键按下时，进入中断，系统判断中断序号，然后根据特定的中断号进行特定的调整。
权利要求1.一种手持示波器，其特征在于，包括顺次连接的探头(1)、A/D模数转换器(2)、FPGA芯片(3)、微控制单元(4)和显示器(5)，其中，所述的A/D模数转换器(2)为2个，2个A/D模数转换器(2)并联连接。
2.根据权利要求I所述的手持示波器，其特征在于，所述的FPGA芯片(3)包括PLL时钟发生模块(6)、FIFO存储器(7)、I/O数据接口( 8)和A/D时钟发生模块(9)，A/D时钟发生模块(9)分别与PLL时钟发生模块(6)、微控制单元(4)和A/D模数转换器(2)连接，FIFO存储器(7)分别与A/D模数转换器(2)和I/O数据接口(8)连接，I/O数据接口(8)与微控制单元(4)连接。
3.根据权利要求I或2所述的手持示波器，其特征在于，还包括程控衰减放大器(10),程控衰减放大器(10)分别与探头(I)和A/D模数转换器(2)连接。
4.根据权利要求3所述的手持示波器，其特征在于，所述的程控衰减放大器(10)包括 AD603芯片、LM6172电压跟随器和LM6172放大器。
5.根据权利要求4所述的手持示波器，其特征在于，还包括D/A增益控制器(11)，D/A增益控制器(11)分别与程控衰减放大器(10 )和微控制单元(4 )连接。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的手持示波器，其特征在于，所述的微控制单元(4)可采用STM32芯片。
7.根据权利要求1、2、4或5所述的手持示波器，其特征在于，所述的显示器(5)采用TFT彩色显示器。
8.根据权利要求7所述的手持示波器，其特征在于，还包括液晶显示器背光驱动电路(12)，液晶显示器背光驱动电路(12)与显示器(5)连接。
9.根据权利要求8所述的手持示波器，其特征在于，还包括按键(13)，按键(13)与微控制单元(4)连接。
10.根据权利要求I或8所述的手持示波器，其特征在于，所述的FPGA芯片(3)采用型号为EP4CE10的芯片；A/D模数转换器(2)采用A/D模式转换芯片ADS830 ;液晶显示器背光驱动电路(12)采用CAT4237液晶显示器背光驱动电路。
专利摘要本实用新型公开了一种手持示波器，包括顺次连接的探头(1)、A/D模数转换器(2)、FPGA芯片(3)、微控制单元(4)和显示器(5)，其中，所述的A/D模数转换器(2)为2个，2个A/D模数转换器(2)并联连接。本实用新型通过利用FPGA芯片分别给两个A/D模数转换器提供相位相差90°的脉冲，则可以实现FPGA芯片同时控制两个A/D模数转换器进行交替采样，其中一个A/D模数转换器在另一个A/D模数转换器数据保持期间进行转换，A/D模数转换器总体的数据保持时间减少一半，即采样频率增倍，最高的采样率可达120 ms/s。
文档编号G01R13/02GK202770891SQ20122048130
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者黄彩梅, 赵国栋, 廖知岳 申请人:东北大学秦皇岛分校