三、方案设计

3.1 系统功能实现原理（除图片外需有文字介绍）

 

系统硬件结构框图

 

下面就各个模块电路做以简单介绍

 

1.程控放大电路和电源电路：

将程控放大电路与电源电路放在一块讲，是因为他们有着密切的联系。

 

程控放大器的作用是对输入信号进行衰减或放大调整，使输出信号电压在AD转换器输入电压要求范围内，达到最好的测量与观察效果，所以程控放大器电路在规定带宽内的增益一定要平坦，故对运算放大器的要求比较高，在本电路中我选用的是NSC公司生产的高速运算放大器LM6172双运放，带宽为100MHz，转换速率3000v/μs,每通道消耗电流2.3mA，输出电流可达50mA，完全满足本电路的要求，选择该芯片的另一个原因是价格，邮购价格为8元一片，相比ADI,MAX等公司几十元一片的高速运放芯片来说算是很廉价了，电源采用正负双电源供电，由于整个电路总的电源输入为单8v，所以专门用一片dc/dc电路MC34063为其构成了负压转换器再经稳压得到-5v电压，+5v通过对输入电压稳压得到。

 

2. 高速AD转换与FIFO存储电路

数字示波器中最重要的电路是AD转换电路，它的作用是将被测信号采样并转换成数字信号存入存储器，说它是数字示波器的咽喉一点也不为过，因为它直接决定着数字示波器所能测量的最高频率，根据乃奎斯特定理，采样频率至少是被测信号最高频率的2倍才能复现出被测信号。而在数字示波器中采样频率至少应该是被测信号频率的5~8倍才行，否则根本观察不到信号的波形。在本电路中我选用的AD转换芯片为BB公司的8位高速AD转换器ADS830E,官方资料给出的采样频率为10kSa/s~60MSa/s, 通过实验发现转换速率在1K以下工作也很正常，所以本示波器的最低采样频率为600Sa/s，要说明的一点是高速AD转换器一般都有高低端转换速率的限制，比如TLC5540，8位AD转换器，转换速率为5MSa/s~40MSa/s，我试过当转换频率降到2M以下时就不能正常工作，所以选择AD转换芯片时不仅要注意最高转换速率还要关注最低转换速率，否则可能导致电路无法正常工作。有朋友也许会问8位转换精度会不会有点太低？其实8位转换器对于示波器来说是够用的，就拿这个电路来说，我选用的LCD显示模块的分辨率为320*240，垂直分辨率为240格，而8为转换精度的分辨率为256格，比显示器的分辨率还高，所以绝对够用。还有就是价格及电路的设计，在最高采样率相同的情况下10位AD转换芯片的价格是8位AD转换芯片的几倍，而且位数的增加也使电路的复杂程度大大增加，将直接影响处理速度，导致屏幕刷新过慢，反而影响性能。所以本着够用的原则本示波器选用60M的8位AD转换芯片ADS830E。

 

3. 时钟产生电路

时钟产生电路为AD转换器提供一系列的采样时钟信号，分别为600Hz、6kHz、60kHz、600kHz、3MHz、6MHz、30MHz和60MHz，共8种，分别对应着不同的水平水平扫速。

 

4.信号发生原理DDS介绍

DDS是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。一个直接数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器(LPF)构成。
DDS的原理框图如图1所示。其中K为频率控制字，P为相位控制字，W为波形控制字，fc为参考时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM数据位及D/A转换器的字长。相位累加器在时钟fc的控制下以步长K作累加，输出的N位二进制码与相位控制字P、波形控制字W相加后作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM输出D位幅度码S(n)经D/A转换器变成阶梯波形S(t)，再经LPF平滑后就可以得到合成的信号波形。合成的信号波形的形状取决于波形ROM中存放的幅度码，因此用DDS可以产生任意波形。DDS系统中除了D/A转换和低通滤波电路外都是数字电路，以往的设计都基于纯数字芯片设计，很难实现单芯片的解决方案，而PSoC的出现刚好满足了这种单芯片、全集成的要求。