一种新型的电脑示波器的制作方法

本发明涉及示波器技术领域，更为具体来说，本发明是一种新型的电脑示波器。

背景技术：

对于传统的示波器来说，按其处理信号的不同分为模拟示波器和数字示波器。传统的模拟示波器，其功能比较单一、体积笨重；而数字示波器虽然功能比较强大，但其维护以及系统升级成本都较高，在教学实训方面难以普及。而且现有的示波器没有相应的PC接口，对数据的采集和分析处理比较困难。此外，传统示波器体积都比较庞大，这就增加了示波器的开发成本。

因此，如何突破传统示波器的研发瓶颈、如何便于对示波器数据进行采集和分析、如何降低示波器的体积和成本，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和研究的重点。

技术实现要素：

为解决传统示波器存在的体积大、成本高、难以获取其数据等问题，本发明提供了一种新型的电脑示波器，通过相应电路采集信号、处理信号，然后将该信号显示于PC机上，彻底解决了传统示波器数据无法被获取、体积大、成本高、研发困难等问题，而且本发明具有较高的稳定性和可靠性。

为实现上述技术目的，本发明公开了一种新型的电脑示波器，所述电脑示波器包括依次连接的信号调理电路、主控电路、PC机，所述信号调理电路具有输入信号接口，所述主控电路包括模拟数字转换器；所述信号调理电路对输入信号进行滤波、衰减/放大、电平移位处理，所述模拟数字转换器将处理后的信号转换为数字信号，所述示波器显示屏为PC机显示屏。

本发明通过输入信号接口采集信号，对信号进行滤波、衰减/放大、电平移位处理后通入模拟数字转换器，然后将处理后的信号波形通过PC机显示屏显示，从而实现了传统示波器的功能。

进一步地，所述主控电路还包括信号处理电路，所述信号处理电路控制信号调理电路对输入信号进行滤波、衰减/放大、电平移位处理，所述信号处理电路控制模拟数字转换器将处理后的信号转换为数字信号、将数字信号传输至PC机。

本发明通过信号处理电路控制前端对信号的处理工作，为后期的信号处理做了充足的准备。

进一步地，所述主控电路还包括时钟电路，通过时钟电路控制采样的时序或频率，所述信号处理电路控制时钟电路触发模数转换器对处理后的信号进行采样。

进一步地，所述信号处理电路具有数据存储器，所述模拟数字转换器采集预设长度的数据后，将预设长度的数据存入数据存储器中。

本发明的模数转换器可具有自校验功能，当环境条件发生变化时也能保证转换精度，且分辨率及转换精度较高。

进一步地，所述信号处理电路与PC机之间通过USB传输线连接，保证了数据的稳定、可靠传输。

进一步地，所述信号调理电路包括滤波电路、衰减/放大电路、电平移位电路，所述滤波电路、衰减/放大电路、电平移位电路分别与信号处理电路连接。

衰减电路是在输入信号较大时，实现对较大信号的衰减，控制信号在模数转换器的采样电平之内，避免造成元器件的损坏和波形信号的失真。该电平移位电路具有稳定性高、可靠性强等优点。

进一步地，所述电平移位电路包括加法器电路，通过加法器电路提升信号电平，以便于后期处理。

进一步地，所述主控电路的电源接口与PC机的USB接口连接，主控电路与PC机之间串联有隔离电源电路和稳压电路。

进一步地，所述信号调理电路具有两个输入信号接口。因此，本发明可对两路信号进行采样和对比。

进一步地，所述主控电路还包括复位电路，用户在单片机出现故障时对单片机进行恢复，使其正常工作。

本发明的有益效果为：本发明通过简单的电路结构即可实现示波器的功能，本发明具有工作稳定性高、可靠性强、波形无明显失真、测量频率高、体积小、低成本等优点，具有广泛的应用价值。另外，本发明可创新实现双踪信号实时采样对比分析，以及信号波形回放的放大、缩小、移动、存储等。

附图说明

图1为本发明新型的电脑示波器组成示意图。

图2为衰减/放大电路结构示意图。

图3为电平移位电路结构示意图。

图4为电源电路模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明新型的电脑示波器进行详细的解释和说明。

如图1所示，本发明新型电脑示波器包括依次连接的信号调理电路、主控电路、PC机，信号调理电路具有输入信号接口，本实施例中，信号调理电路可具有两个输入信号接口，可实现对双踪信号的采集和对比，主控电路包括模拟数字转换器，本发明的主控电路通过主控芯片实现，主控电路具有USB通信电路模块。

更为具体地，信号调理电路包括滤波电路、衰减/放大电路、电平移位电路，从而完成信号调理电路对输入信号进行滤波、衰减/放大、电平移位处理，将信号幅度控制在合适的范围内，以便后级的数据采样，具体地，如图2所示，本实施例中，衰减/放大电路由运算放大器TL082、模拟开关CD4051B及可变电阻器构成，比如：衰减/放大电路在输入信号较大时，实现对较大信号的衰减，控制信号在ADC采样电平之内，避免造成元器件的损坏和波形信号的失真；衰减/放大电路在输入信号较小时将输入的信号进行放大，TL082内置两个运算放大器，可分别用于电压跟随及反相放大，输入级具有较大的输入阻抗，输出设有短路保护并通过主控电路切换放大倍数，具体地，本发明可通过信号处理电路切换放大倍数。由于模数转换器无法对负电压进行采集，所以需将负电压抬高到0电平以上；当然，通过衰减电路/放大电路后，信号调理电路还可对信号进行叠加直流分量处理。比如，高速ADC转换器要求的输入电压是单极性的，而输入电路的电平信号是双极性的信号，即幅度范围为-1.5V至+1.5V，所以需要在ADC转换器采样信号前加上一电平变换电路，采用集成运算放大器TL082作为加法器。本实施例中，如图3所示，电平移位电路包括加法器电路，具体地，采用运放器TL082做一个加法器，将该输入信号与-1.5V直流电平叠加后输入到运算放大器的反相输入端，通过反相放大器后，将输入的交流信号电平抬高至0-3.3V的正弦波电平，可供后级模数转化器进行采集，且该电平移位电路具有稳定性高、可靠性强等优点；主控电路还包括信号处理电路，信号处理电路控制信号调理电路对输入信号进行滤波、衰减/放大、电平移位处理，信号处理电路与PC机之间通过USB传输线连接。

另外，本发明主控电路还包括时钟电路，通过信号处理电路控制时钟电路触发模数转换器对处理后的信号进行采样，保证模拟数字转换器以恒定的时间间隔对输入的信号进行模拟数字转换，信号处理电路具有数据存储器，模拟数字转换器采集预设长度的数据后，将预设长度的数据存入数据存储器中，比如，将数据存入ADC数据存储器中。模拟数字转换器将处理后的信号转换为数字信号，当满足触发条件时，便会请求DMA通道，将模数转换完成的数据传送到USB的缓冲区中，通过USB通信将数据传送到PC上位机进行波形的回显。示波器显示屏为PC机显示屏。本实施例中，信号处理电路控制模拟数字转换器将处理后的信号转换为数字信号、将数字信号传输至PC机。对于模数转换器，本实施例中，采用STM32芯片内部自带的ADC模块,其内部有两个独立ADC，每个ADC有16个外部输入通道,可以实现单次转换或者扫描转换，转换时间最快为1μs，ADC模块还具有自校验功能，当环境条件发生变化时也能保证转换精度，且分辨率及转换精度高。

对于主控电路的电源供应，主控电路的电源接口通过电源电路模块与PC机的USB接口连接，获得PC机上的5V的电源供应，通过电脑USB接口提供给主控电路或PC机前端所有电路提供5V的电源，主控电路与PC机之间串联有隔离电源电路和稳压电路，本实施例中，如图4所示，采用隔离电源芯片IA0505S-2W变换器将PC机USB接口输出的5V电源转换为+5V和-5V电压输出，再经LM1117-3.3转换为3.3V电压输出，可稳定输出系统需要的电压，该隔离电源芯片有很好的电磁兼容性和极低的波纹噪声，而且体积小。另外，本发明中，主控电路还包括复位电路。复位电路采用了上电和按键复位，实现对STM32单片机的系统复位，通过按键直接将STM32的复位引脚拉低为低电平，实现系统复位。

本实施例中，上述的电脑示波器可基于STM32的USB电脑示波器，以ARM-CORTEX-M3内核的32位的STM32单片机作为本系统的主控芯片，以PC上位机作为系统的波形显示及控制平台；比如，采用STM32F103C8T6作为主控芯片，STM32F103增强型系列使用高性能的ARM@Cortex^TM-M332位的RISC内核，工作频率可达72MHz，内置存储器可达128K字节的闪存及20K字节的SRAM，有着丰富的IO端口和联接到两条外设的APB总线。具有标准的通信接口：多达2个I2C接口和SPI接口、3个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。本发明中，输入信号通过输入接口经过前端的信号调理电路，将输入的信号进行滤波、放大或衰减等操作，将信号幅度及频率控制在合适的范围内，以便后级的数据采样；然后将前级处理后信号传输至模拟数字转换(ADC)中，对其进行模数转换；再将采集来的信息传到主控芯片中，实现对输入信号的实时采集，存储、分析、处理，最后通过USB2.0与PC上位机进行通信，将数据传送上PC上位机软件上进行波形还原显示及电压峰峰值、频率的显示，实现了示波器的操作和显示功能，并可将电脑的键盘和鼠标用于功能设置。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。