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自制50M采樣率的USB接口示波器

發布時間:2013/11/14 21:11:52 訪問次數:2680

    筆者于2007年使用PIC18F2550單片機制作了一臺采樣率330k左右的USB接口示波器(發表在本刊2007年第10期),由于那臺示波器僅使用了單片機內置的模數轉換器,BQ24014DRCR盡管筆者已經對其進行了超頻,但對于正弦波的測量一般限于30hd-lz以內,所以應用僅限于音響等頻領域和汽車維修等機電領域,對于電子愛好者常見的模擬電路、數字電路和單片機等領域的相關測量就顯得捉襟見肘了。
    參考了本刊魏坤、張杉杰。,吳漢清三位老師的作品,筆者對之前的USB接口示波器進行了改進,使用外接模數轉換器和雙端口RAM,將采樣率提高到了50M,可以對5MHz以下的信號進行較好的測量。圖1所示分別為使用本機測量1.26MHz方波和5MHz信號的結果。
    對比三位老師的作品,USB示波器由于使用了PC機作控制和顯示操作,不僅省略了顯示器件和按鈕、按鍵,同時由于使用了USB接口,還簡化了電源電路,使本機體積更小、重量更輕,顯示、操作更加直觀、方便,顯示內容更多,屏幕分辨率更高,成本更低。此外,由于實現了軟件主體部分PC機化,更便于二次開發和功能擴充。
    本機的電路原理圖見圖2,從圖中可以看出,電路主要由輸入信號調理、輸入阻抗變挨、信號放大、電平轉移、模數轉換、高速緩存、單片機核心、分頻器、電源變換和USB接口等10部分構成。

            

     對比魏坤、張杉杰、吳漢清三位老師的作品,為便于電子愛好者仿制并降低成本,我對模擬部分進行了改造,減少了特殊器件的使用,降低了成本,實現了免零點調整直流通道。以RL1—RL5為核心及周邊的阻容網絡構成輸入信號調理級,完成輸入信號的AC-DC轉換與輸入信號的垂直靈敏度:4V/div、2\Udiv.lV/div、0.5V/div. O.1\Udiv、0.05V/div,共6擋水平掃描速度:1—4096us/div,共8擋觸發方式:內觸發(上升沿、下降沿)操作系統:Windows 2000以上衰減,其中RL1與C22共同完成DC/AC切換功能,C23、C27、C28、C31與R10、R13、R15、R19構成的阻容網絡與RL2-RL5構成輸入擋位切換,完成輸入信號衰臧功能。本機的繼電器均采用sv/sooQ的干簧繼電器,因此只需10mA電流即可驅動,由于單片機每個腳的驅動能力20mA.因此干簧繼電器可以直接使用單片機的I/O口驅動。不過由于千簧繼電器內置了保護二極管,所以需要注意干簧繼電器的兩個驅動腳是有方向的。

    筆者于2007年使用PIC18F2550單片機制作了一臺采樣率330k左右的USB接口示波器(發表在本刊2007年第10期),由于那臺示波器僅使用了單片機內置的模數轉換器,BQ24014DRCR盡管筆者已經對其進行了超頻,但對于正弦波的測量一般限于30hd-lz以內,所以應用僅限于音響等頻領域和汽車維修等機電領域,對于電子愛好者常見的模擬電路、數字電路和單片機等領域的相關測量就顯得捉襟見肘了。
    參考了本刊魏坤、張杉杰。,吳漢清三位老師的作品,筆者對之前的USB接口示波器進行了改進,使用外接模數轉換器和雙端口RAM,將采樣率提高到了50M,可以對5MHz以下的信號進行較好的測量。圖1所示分別為使用本機測量1.26MHz方波和5MHz信號的結果。
    對比三位老師的作品,USB示波器由于使用了PC機作控制和顯示操作,不僅省略了顯示器件和按鈕、按鍵,同時由于使用了USB接口,還簡化了電源電路,使本機體積更小、重量更輕,顯示、操作更加直觀、方便,顯示內容更多,屏幕分辨率更高,成本更低。此外,由于實現了軟件主體部分PC機化,更便于二次開發和功能擴充。
    本機的電路原理圖見圖2,從圖中可以看出,電路主要由輸入信號調理、輸入阻抗變挨、信號放大、電平轉移、模數轉換、高速緩存、單片機核心、分頻器、電源變換和USB接口等10部分構成。

            

     對比魏坤、張杉杰、吳漢清三位老師的作品,為便于電子愛好者仿制并降低成本,我對模擬部分進行了改造,減少了特殊器件的使用,降低了成本,實現了免零點調整直流通道。以RL1—RL5為核心及周邊的阻容網絡構成輸入信號調理級,完成輸入信號的AC-DC轉換與輸入信號的垂直靈敏度:4V/div、2\Udiv.lV/div、0.5V/div. O.1\Udiv、0.05V/div,共6擋水平掃描速度:1—4096us/div,共8擋觸發方式:內觸發(上升沿、下降沿)操作系統:Windows 2000以上衰減,其中RL1與C22共同完成DC/AC切換功能,C23、C27、C28、C31與R10、R13、R15、R19構成的阻容網絡與RL2-RL5構成輸入擋位切換,完成輸入信號衰臧功能。本機的繼電器均采用sv/sooQ的干簧繼電器,因此只需10mA電流即可驅動,由于單片機每個腳的驅動能力20mA.因此干簧繼電器可以直接使用單片機的I/O口驅動。不過由于千簧繼電器內置了保護二極管,所以需要注意干簧繼電器的兩個驅動腳是有方向的。

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