[實(shí)用新型]基于STM32的便攜式數(shù)字示波器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720542240.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206740836U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉寧;陳紫業(yè);陳小橋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R13/02
• 分類號(hào): G01R13/02;G05B19/042
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 趙麗影

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及電子儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于STM32的便攜式數(shù)字示波器。

背景技術(shù)

示波器是電子實(shí)驗(yàn)室日常使用頻率最高的三種儀器之一。

20 世紀(jì) 30～50 年代是電子管示波器階段。到1958 年示波器帶寬達(dá)到 100 MHz 后便長(zhǎng)期停滯不前。20 世紀(jì) 60 年代是集成化示波器階段。集成電路技術(shù)為示波器的小型化和向高性能、高可靠發(fā)展創(chuàng)造條件。1972 年，第一臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)示波器誕生，它對(duì)示波器的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。

80 年代以來(lái)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器異軍突起，成果累累，大有全面取代模擬示波器的勢(shì)頭?，F(xiàn)代示波器具有數(shù)字存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、光標(biāo)測(cè)量和 CRT 讀出等多種功能，借助于總線與主控電子計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。本次設(shè)計(jì)的示波器與數(shù)值頻率計(jì)、數(shù)字電壓表等數(shù)字化儀器，本次示波器還具備測(cè)量、顯示、存儲(chǔ)、比較、光標(biāo)數(shù)字讀出、計(jì)算、程控、接口連接等許多重要功能。

傳統(tǒng)的模擬示波器采用的是模擬電路（示波管，其基礎(chǔ)是電子槍）電子槍向屏幕發(fā)射電子,發(fā)射的電子經(jīng)聚焦形成電子束,并打到屏幕上。屏幕的內(nèi)表面涂有熒光物質(zhì),這樣電子束打中的點(diǎn)就會(huì)發(fā)出光來(lái)。這種示波器雖然其實(shí)時(shí)性很好，但帶寬不是很高，目前最高的就1G帶寬，而且功能單一，操作復(fù)雜，不能連接電腦形成系統(tǒng)化測(cè)試，提高測(cè)試效率，也不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算如FFT。

市場(chǎng)上的示波器不僅價(jià)格昂貴，還存在體積較大、功耗較高、使用不方便等問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提出一種性能好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、重量輕、易攜帶且價(jià)格合理、成本低的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。即基于STM32的便攜式數(shù)字示波器。

這實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

基于STM32的便攜式數(shù)字示波器，包括殼體，還包括殼體內(nèi)設(shè)置的PCB板，以及殼體上設(shè)置的電容觸摸屏；PCB板上設(shè)置有示波器系統(tǒng)，并連接電容觸摸屏。

該實(shí)用新型創(chuàng)新點(diǎn)在于，PCB板上提供了一種全新的數(shù)字示波器硬件電路，包括信號(hào)調(diào)理、信號(hào)采樣、頻率測(cè)量和波形顯示等。

在上述的基于STM32的便攜式數(shù)字示波器，PCB板上的核心控制器采用意法半導(dǎo)體（ST）公司的STM32F407ZET6芯片，基于ARM公司cortex-M4內(nèi)核，用于數(shù)字信號(hào)的運(yùn)算和處理、邏輯運(yùn)算以及人機(jī)交互界面的控制。使用信號(hào)調(diào)理電路之后通過(guò)外部高速AD采樣，利用Cortex-M4內(nèi)核的獨(dú)特的浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU）進(jìn)行運(yùn)算，分析、處理數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，最終將在 TFT 觸摸屏上面顯示。

在上述的基于STM32的便攜式數(shù)字示波器，示波器系統(tǒng)包括輸入信號(hào)模塊、阻抗變換模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、ADS805采樣模塊、FIFO存儲(chǔ)器模塊、PWM時(shí)鐘模塊、頻率測(cè)量模塊、控制模塊、顯示模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊、鋰電池供電模塊以及STM32模塊；輸入信號(hào)模塊的輸出與阻抗變換模塊的輸入相連，阻抗變換模塊的輸出與信號(hào)調(diào)理模塊的輸入相連，前級(jí)信號(hào)調(diào)理模塊的輸出與ADS805采樣模塊的輸入和頻率測(cè)量模塊的輸入相連，STM32模塊與前級(jí)信號(hào)調(diào)理模塊的控制輸入相連，ADS805采樣模塊的輸出與FIFO存儲(chǔ)器模塊的輸入相連，PWM時(shí)鐘模塊分別與ADS805采樣模塊和FIFO存儲(chǔ)器模塊相連，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器模塊的輸出、頻率測(cè)量模塊的輸出、SD卡存儲(chǔ)模塊的輸入、控制模塊的輸入、顯示模塊的輸入分別與STM32模塊相連。

在上述的基于STM32的便攜式數(shù)字示波器，阻抗變換模塊采用電壓跟隨器電路，增大輸入阻抗和減小輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的無(wú)衰減的傳輸；信號(hào)調(diào)理模塊采用三級(jí)放大加抗混疊濾波器的形式，前后兩級(jí)采用繼電器切換運(yùn)放反饋電阻的形式，中間采用壓控芯片VCA810，后級(jí)固定放大倍數(shù)，STM32控制輸出電壓控制放大倍數(shù)，抗混疊低通濾波模塊采用7階無(wú)源巴特沃斯低通濾波器，其截止頻率為10MHz。

在上述的基于STM32的便攜式數(shù)字示波器，所述 ADS805采樣模塊采用A/D接口的高速差分運(yùn)放THS4151提供2.5V的偏置電壓； ADS805采樣模塊的輸出和FIFO存儲(chǔ)器模塊的輸入相連，它一方面需要高速存儲(chǔ)AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，同時(shí)還作為STM32進(jìn)行處理和波形顯示的數(shù)據(jù)來(lái)源。FIFO存儲(chǔ)器采用高速緩沖器IDT7204。ADS805采樣模塊的采樣時(shí)鐘和FIFO存儲(chǔ)器模塊的控制時(shí)鐘由STM32通過(guò)PWM模塊提供。

在上述的基于STM32的便攜式數(shù)字示波器，頻率測(cè)量模塊采用等精度測(cè)頻原理，實(shí)現(xiàn)低頻信號(hào)和高頻信號(hào)的精確測(cè)量。其中低頻信號(hào)采用低頻比較器LM311，高頻信號(hào)采用高頻比較器TL3016。