#一

文章前言

在電子工程領(lǐng)域，示波器是工程師們不可或缺的“眼睛”。它不僅能讓我們直觀地觀察到電子信號的波形，還能深入地分析信號的細微特性。作為一種精密的電子測量設(shè)備，其核心功能是捕捉并顯示電信號隨時間變化的電壓波形。通過將抽象的電信號轉(zhuǎn)換為直觀的圖形，示波器使用戶能夠輕松識別信號的特征，如幅度、頻率、相位等，從而對信號進行精確的分析和處理。

# 二

功能定義及性能指標(biāo)

波形顯示

展示電信號的電壓隨時間變化的圖形表示。

信號測量

測量信號的幅度、頻率、周期、相位差等參數(shù)。

數(shù)據(jù)記錄與分析

記錄波形數(shù)據(jù)，進行進一步的分析和處理。

多通道觀察

同時顯示多個信號，以分析它們之間的相互關(guān)系。

自動化測試

用于自動化測試環(huán)境，進行信號的快速檢測和故障診斷。

觸發(fā)功能

同步波形顯示，可在信號的特定點開始捕獲和顯示波形。

PART 03

# 三

示波器的原理

示波器通過垂直放大和水平掃描電路將電信號的電壓變化轉(zhuǎn)換為屏幕上的波形圖像，允許用戶分析信號特性。它具備觸發(fā)功能以同步波形顯示，確保信號的穩(wěn)定觀察。數(shù)字示波器還能對信號進行采樣和數(shù)字化處理，提供更深入的信號分析功能。這種儀器是電子工程領(lǐng)域中不可或缺的工具，用于測量，調(diào)試和分析電子信號。

PART 04

# 四

硬件設(shè)計

本部分主要介紹以下相關(guān)電路：通道1、2輸入電路、觸發(fā)電路與信號控制和分配系統(tǒng)、采樣保持電路與模擬信號的動態(tài)選擇和控制、前面板電路、顯示背光控制電路、SoC存儲器電路、電源分配電路。

1.通道1、2輸入電路

該電路圖是一個示波器的通道1輸入電路，主要功能是接收、保護、放大和調(diào)理輸入信號。電路包括輸入保護、信號放大、信號調(diào)理、信號隔離以及信號分配。此外，還有電源管理和接口電路，確保信號準(zhǔn)確傳輸至示波器的數(shù)字處理單元。其中XBLW SN74HC595N主要用于信號分配。通道2電路也是同理。

2.觸發(fā)電路與信號控制和分配系統(tǒng)電路

XBLW SN74HC595N和XBLW SN74HC4053組成的信號控制和分配系統(tǒng)

觸發(fā)電路是示波器中的核心部分，負責(zé)同步信號捕獲。它通過輸入信號調(diào)理、觸發(fā)水平設(shè)置、比較器和觸發(fā)控制邏輯來確定觸發(fā)點。時鐘信號確保觸發(fā)事件與ADC轉(zhuǎn)換同步。保護電路和電源管理保障電路穩(wěn)定運行。觸發(fā)輸出信號通知其他模塊開始工作，而接口電路則實現(xiàn)與示波器其他部分的連接。整個電路的設(shè)計旨在精確控制信號的捕獲時機，以實現(xiàn)準(zhǔn)確的波形顯示。其中XBLW SN74HC595N作為8位移位寄存器，接收串行數(shù)據(jù)（INDATA3）并通過其并行輸出（QA到QH）控制XBLW SN74HC4053模擬多路復(fù)用器的選擇。XBLW SN74HC4053根據(jù)XBLW SN74HC595N的輸出選擇不同的信號路徑，實現(xiàn)信號的動態(tài)路由。

3.采樣保持電路與模擬信號的動態(tài)選擇和控制

模擬信號的動態(tài)選擇和控制電路

采樣保持電路用于確保信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換前的穩(wěn)定性。它包含運算放大器、采樣保持單元、可調(diào)偏移組件、參考電壓源、時鐘同步信號、電源管理以及保護和接口電路。這些組件協(xié)同工作，以提高信號處理的精度和可靠性，確保采樣信號的準(zhǔn)確捕獲和保持。該電路集成了兩個XBLW SN74HC4051模擬多路復(fù)用器和一個XBLW SN74HC595N移位寄存器，用于模擬信號的動態(tài)選擇和控制。XBLW SN74HC595N接收串行數(shù)據(jù)，通過其并行輸出控制XBLW SN74HC4051的信號路徑。電路采用雙電源供電，配備去耦電容以確保穩(wěn)定性。SHOC控制信號可用于觸發(fā)操作，實現(xiàn)靈活的信號捕獲和處理。

4.前面板電路

該電路包含兩個XBLW SN74HC4051模擬多路復(fù)用器。每個多路復(fù)用器有8個輸入信號，通過控制信號選擇一個輸入傳輸?shù)捷敵?。UF2A的輸出連接至FPMUX，而UF3A的輸出接地。此設(shè)計用于多信號源選擇應(yīng)用。

該電路圖展示了兩個XBLW SN74HC4051模擬多路復(fù)用器和兩個

DM74LS393M十進制計數(shù)器的組合。XBLW SN74HC4051用于選擇輸入信號A、B或C之一輸出，由控制信號EN使能。DM74LS393M計數(shù)器用于產(chǎn)生計數(shù)脈沖，通過CLR清零，CLK時鐘信號控制計數(shù)。電路中使用100nF電容進行電源去耦，穩(wěn)定3.3V電源。輸出信號FPK7、FPK8和FPCLK可用于驅(qū)動其他電路或作為時鐘信號。整個電路用于信號選擇和同步計數(shù)應(yīng)用。

該電路使用XBLW SN74HC595N移位寄存器（U4）控制多個LED指示燈。每個LED通過一個限流電阻連接到移位寄存器的輸出。電阻值不同，適應(yīng)不同LED的電流需求。移位寄存器由串行數(shù)據(jù)輸入（SER）、時鐘信號（RCLK和SRCLK）控制，OE為輸出使能。LED狀態(tài)由FPSER、FPSRCLK、FPK1、FPK2、FPK3信號決定，用于指示不同狀態(tài)，如通道、運行停止和自動模式。

5.顯示背光控制電路

該電路是用于控制LCD背光的電路。電路中使用了XBLW SN74LVC1G04反相器來控制信號的反相，以及兩個晶體管（Q10_1和Q10_2）來驅(qū)動背光。反相器的輸入（LCDBLEN）控制輸出，進而控制三極管Q10_1的基極。MOS管Q10_2作為開關(guān)晶體管，控制VBLCD背光電源的通斷。電路中還包含了限流電阻（R10_17, R10_18, R10_19）和去耦電容（C10_1, C10_2）以穩(wěn)定電源和信號。

6.SOC存儲電路

該電路是一個I2C接口的EEPROM存儲器XBLW 24C64。電路通過A0、A1、A2引腳設(shè)置器件地址，VCC和GND提供電源，WP引腳用于寫保護。SCL和SDA是I2C總線的時鐘和數(shù)據(jù)線，各通過一個10kΩ的上拉電阻連接到+3.3D電源，確保線路在空閑時保持高電平。C11_1電容用于電源去耦，穩(wěn)定電壓。從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存。

7.電源分配電路

FPGA核心供電電路

該電路圖是一個為FPGA核心供電的電壓調(diào)節(jié)電路。XBLW 1117-ADJ穩(wěn)壓器（U12_1）從3.3V輸入電壓轉(zhuǎn)換為1.25V輸出電壓。電路中包含多個電容（C12_7至C12_13）用于輸入、輸出和旁路濾波，確保電源穩(wěn)定。電感器L12_1與C12_11和C12_12一起構(gòu)成LC濾波器，進一步平滑輸出電壓。R12_3和R12_4構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，用于設(shè)置XBLW 1117-ADJ的輸出電壓。此電路為FPGA提供穩(wěn)定的電源，保障其正常運行。

SoC核心供電電路

該電路圖是一個用于SoC核心電源的穩(wěn)壓電路。XBLW 1117-ADJ穩(wěn)壓器（U12_2）將輸入電壓3.3V轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)的輸出電壓。通過R12_1和R12_2分壓電阻設(shè)置輸出電壓，這里為1.3V。C12_3、C12_4、C12_5和C12_6電容用于輸入和輸出的電壓濾波，確保電源穩(wěn)定。此電路為SoC提供穩(wěn)定的工作電壓，保障其正常運行。

# 五

邏輯框圖

PART 06

# 六

本方案重要器件推薦