课程设计---虚拟数字示波器的设计和实现

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1、 1 一、一、 绪论绪论 1.1 虚拟示波器背景虚拟示波器背景 示波器是电子测量行业最常用的测量仪器之一，主要用来测量并显示被测信号的参数和波 形，在科学研究、科学实验以及现场监测等许多领域被广泛应用。随着科学研究的不断深入和 各种高新技术的不断发展，传统示波器的诸如波形不稳定、测读不准确等许多缺陷逐渐显露出 来，而且体积大，耗电多，越来越不能满足现代应用的需要。 “虚拟仪器”这一新概念测量仪器的诞生，使示波器突破了传统，在功能和作用等多方面发 生了根本性变化。虚拟仪器将计算机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某 些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。 虚拟示波器是

2、虚拟仪器的一种，它不仅可以实现传统示波器的功能，具有存储、再现、分 析、处理波形等特点，而且体积小，耗电少。虚拟示波器使用功能强大的微型计算机来完成信 号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号 的处理、加工和分析，用各种不同的方式(如数据、图形、图表等)表示测量结果，完成各种规 模的测量任务。鉴于虚拟示波器的种种优点及广泛用途，研究出性能优越、价格低廉的虚拟示 波器是十分重要的。 1.2 性能指标性能指标 本示波器与常见的示波器比较， 最大的特点是可以定量地给出信号的各种参量， 比如最大、 最小值和频率等，无需使用者再去数格子，然后还要计算。特别适合于

3、学校教学实验的需求， 在学校教学中可以直联投影机，使全体学生都可以远距离看到信号波形的演示。 本示波器采样USB接口，其频率比并口示波器略高，同样支持直流测量，可以定量测量信 号，主要技术指标如下： 采样频率：共八挡可调：323.53kHz、100kHz、50kHz、20kHz、10kHz、5kHz、2kHz、1kHz。 本机测量的信号频率应在70kHz以下。 最高输入电压：共两挡可选： 2.5V， 12.5V，如果接入10：1示波器探棒，最大输入电压 可达 125V。 输入阻抗：1M。 供电电压：无需外部供电，直接从PC机的USB口取电。 接口：USB接口。 二、二、 硬件设计硬件设计 跟随

4、 放大器 正相 放大器 基准电压 5VDC/DC PICI8F2550 单片机 USB 接口 同轴电缆 BNC 输入 图1 硬件设计框图 具体电路原理图见附录一，从图中可以看出电路的输入信号调理部分和信号转换部分与常 见的并口示波器相同，R10、R11、R12、R13、R14、C19、C20和C21构成输入交直流切换和衰 减网络，提供交直流输入切换和1：1、1：5的输入信号切换功能；TL074中的一个运放U 1 A和 其周边元件构成一个跟随放大器， 提供了输入保护和阻抗转换功能； TL074中的另一个运放U1B 2 构成一个正相放大器，提供-2.5V+2.5V向02.5V的转换功能，同时依据实际操作的经验，取 消了不实用的外触发部分，简化了电路。 电路的主体部分以PIC18F2550为核心，PIC18F2550与周边电路共同构成了模数转换采样图 1 19.2kHz方波波形图2 50Hz市电波形和USB接口部分，其中TL43 1和接在其阴极的200Q电阻构 成了一个2.5V电压基准，供单片机作为模数转换和运放电平转换的电压基准。由于USB仅能提 供5V电源，不能满足前两级运