下xia麵mian就jiu示shi波bo器qi的de基ji本ben原yuan理li簡jian要yao介jie紹shao一yi下xia，再zai就jiu數shu字zi示shi波bo器qi與yu模mo擬ni示shi波bo器qi做zuo一yi個ge簡jian要yao的de比bi較jiao。物wu理li學xue理li論lun可ke以yi證zheng明ming，一yi端duan通tong過guo細xi繩sheng固gu定ding的de重zhong物wu在zai作zuo擺bai動dong時shi，與yu中zhong心xin垂chui線xian的de距ju離li滿man足zu正zheng弦xian波bo規gui律lv。沙sha漏lou實shi驗yan可ke以yi清qing晰xi地di顯xian示shi這zhe個ge隨sui時shi間jian變bian化hua的de波bo形xing：用(yong)沙(sha)漏(lou)充(chong)當(dang)重(zhong)物(wu)

，並(bing)且(qie)在(zai)沙(sha)漏(lou)底(di)下(xia)的(de)桌(zhuo)麵(mian)上(shang)平(ping)鋪(pu)一(yi)張(zhang)紙(zhi)
，當(dang)沙(sha)漏(lou)開(kai)始(shi)擺(bai)動(dong)時(shi)
，讓(rang)紙(zhi)勻(yun)速(su)移(yi)動(dong)。這(zhe)樣(yang)
，沙(sha)漏(lou)中(zhong)流(liu)出(chu)的(de)細(xi)沙(sha)
，就(jiu)在(zai)紙(zhi)上(shang)留(liu)下(xia)了(le)一(yi)個(ge)正(zheng)弦(xian)波(bo)痕(hen)跡(ji)，如(ru)圖(tu)1所示。利用這種設計思想，可以完成波形在平麵上（對應於時間的流動）的展開。

 

工程師電子製作故事：數字示波器DIY設計

 

 

這種設計思想在波形記錄、顯示中被廣泛采用，比如心電圖機
，就是用原地擺動的電熱針，在勻速移動的記錄紙帶上描記出心電波形。

 

利(li)用(yong)心(xin)電(dian)圖(tu)機(ji)的(de)結(jie)構(gou)，雖(sui)可(ke)以(yi)記(ji)錄(lu)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)，但(dan)是(shi)
，示(shi)波(bo)器(qi)在(zai)大(da)量(liang)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)
，並(bing)不(bu)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)消(xiao)耗(hao)紙(zhi)張(zhang)來(lai)記(ji)錄(lu)波(bo)形(xing)，而(er)僅(jin)僅(jin)是(shi)觀(guan)察(cha)波(bo)形(xing)。因(yin)此(ci)
，可(ke)以(yi)重(zhong)複(fu)使(shi)用(yong)的(de)CRT示波管被應用到示波器的設計中。模擬示波器把需觀測的兩個電信號加至示波管的X、Y 通道以控製電子束的偏移，從而獲得熒光屏上關於這兩個電信號關係的顯示波形。這種模擬示波器體積大
、重量重、成本高、價格貴，並且不太適合用於對非周期的、單次信號的測量。

 

數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)首(shou)先(xian)對(dui)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)高(gao)速(su)采(cai)樣(yang)獲(huo)得(de)相(xiang)應(ying)的(de)數(shu)字(zi)數(shu)據(ju)並(bing)存(cun)儲(chu)。用(yong)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)對(dui)采(cai)樣(yang)得(de)到(dao)的(de)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)相(xiang)關(guan)處(chu)理(li)與(yu)運(yun)算(suan)，從(cong)而(er)獲(huo)得(de)所(suo)需(xu)的(de)各(ge)種(zhong)信(xin)號(hao)參(can)數(shu)。根(gen)據(ju)得(de)到(dao)的(de)信(xin)號(hao)參(can)數(shu)繪(hui)製(zhi)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)，並(bing)可(ke)對(dui)被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)的(de)、瞬態的分析
，以方便使用者了解信號質量，快速準確地進行故障的診斷。測量開始時，操作者可通過操作界麵選定測量類型
、測量參數及測量範圍（可選自動設置，由儀器自動設置最佳範圍）

；微處理器自動將測量設置解釋到采樣電路，並啟動數據采集

；采集完成後，由微處理器對采樣數據按測量設置進行處理，提取所需要的測量參數，並將結果送顯示部件。

 

使用模擬示波器和數字示波器通常都能很好地觀察簡單重複性信號。但是兩者都有其優點和局限性，如圖2所示。對於模擬示波器來說
，由於CRT的餘輝時間很短，因而難於顯示頻率很低的信號。由於示波管上的掃描軌跡亮度和掃描速度成反比
，所以具有快速上升、下降時間的低重複速率信號就很難看到。

 

ershuzishiboqidesaomiaoguijiliangduhesaomiaosuduyuxinhaozhongfusulvwuguan，gukeyihenhaodifanyingchulai。duiyuxianshijuyoujiaogaozhongfusulvdezhongfuxingxinhaodekuaisushangsheng、下降沿來說，數字存儲示波器和模擬示波器的性能幾乎沒有什麼區別，用兩種示波器都能很好地觀察信號波形。

 

當要進行信號參量的測量時
，數字存儲示波器的優點在於具有自動測量各種參數的能力。而使用模擬示波器時

，則必須自己設置光標、分fen析xi理li解jie顯xian示shi的de波bo形xing才cai能neng得de到dao測ce量liang的de結jie果guo。但dan是shi如ru果guo要yao進jin行xing調tiao整zheng工gong作zuo，那na麼me一yi般ban最zui好hao使shi用yong模mo擬ni示shi波bo器qi。這zhe是shi因yin為wei模mo擬ni示shi波bo器qi的de實shi時shi顯xian示shi能neng力li使shi它ta在zai每mei時shi每mei刻ke都dou能neng顯xian示shi出chu輸shu入ru的de電dian壓ya。其qi波bo形xing更geng新xin速su率lv（每秒鍾在屏幕上描畫掃描軌跡的次數）很hen高gao，所suo以yi信xin號hao的de任ren何he變bian化hua都dou會hui立li即ji顯xian示shi出chu來lai。與yu模mo擬ni示shi波bo器qi相xiang反fan，數shu字zi示shi波bo器qi所suo顯xian示shi的de是shi用yong采cai集ji的de波bo形xing數shu據ju重zhong建jian的de波bo形xing，所suo以yi其qi波bo形xing更geng新xin率lv遠yuan低di於yu模mo擬ni示shi波bo器qi，結jie果guo在zai信xin號hao發fa生sheng變bian化hua和he變bian化hua了le的de信xin號hao在zai屏ping幕mu上shang顯xian示shi出chu來lai之zhi間jian就jiu有you了le一yi定ding的de時shi間jian延yan遲chi，這zhe是shi數shu字zi示shi波bo器qi的de重zhong大da缺que點dian。

 

自製示波器
，做模擬示波器還是數字示波器？當然要做就做數字的　　

　

　

但是綜合起來數字示波器還是有很大優勢的。

 

自製示波器，做模擬示波器還是數字示波器
？當然要做就做數字的！因為做數字示波器更簡單
，請往下看：

 

1. 模擬示波器需要與帶寬相適應的CRT示波管，隨著頻率的提高，對CRTshiboguandegongyiyaoqiuyange，chengbenzengjia，cunzaijishupingjing。suoyizaidianzishichangshangbuhaomai，xingnenghaodedaduoshushijinkoupinpai，qijiageangguiqiexuyaochulidewentiyeduo，biruyaochanshengyangjigaoya

、掃描鋸齒波
，還要對示波管進行電磁屏蔽等等，而且做出來體積很大，便攜就更談不上了。而數字示波器隻需要與帶寬相適應的高速A/D轉換器，其他存儲器和D/A轉換器以及顯示器都是較低速的部件
，顯示器可用LCD顯示模塊
，在電子市場很容易買到
，價格也不貴而且應用簡單，隻需考慮與微處理器的接口

，體積小且功耗遠小於CRT示波管。使用LCD顯示模塊做示波器，做成便攜的很容易，做成示波表都沒問題！當然LCD顯示模塊也有其不足之處，比如亮度和對比度不如CRT示波管，但綜合考慮，LCD顯示模塊的優勢還是比較明顯的。

 

2. 模(mo)擬(ni)示(shi)波(bo)器(qi)是(shi)一(yi)個(ge)完(wan)全(quan)的(de)硬(ying)件(jian)結(jie)構(gou)，做(zuo)好(hao)之(zhi)後(hou)很(hen)難(nan)進(jin)行(xing)功(gong)能(neng)升(sheng)級(ji)
，而(er)數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)不(bu)同(tong)
，在(zai)保(bao)證(zheng)基(ji)本(ben)硬(ying)件(jian)後(hou)它(ta)的(de)控(kong)製(zhi)以(yi)及(ji)其(qi)他(ta)功(gong)能(neng)的(de)實(shi)現(xian)都(dou)是(shi)由(you)軟(ruan)件(jian)來(lai)實(shi)現(xian)的(de)。這(zhe)樣(yang)升(sheng)級(ji)就(jiu)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)，你(ni)甚(shen)至(zhi)可(ke)以(yi)把(ba)它(ta)當(dang)成(cheng)一(yi)塊(kuai)開(kai)發(fa)板(ban)用(yong)來(lai)練(lian)習(xi)編(bian)程(cheng)！做一個能當開發板用的示波器
，你還猶豫嗎？

 

基於以上兩種原因
，製作數字示波器當然是不二之選！

 

本文介紹的就是我製作的一台便攜式數字示波器（如圖3所示）。

 

　

 

由於采用320×240分辨率的顯示器，所以顯示波形非常細致。圖4～圖11為該示波器測量不同頻率信號時的實拍照片。

 

　　

5Hz的de信xin號hao用yong一yi般ban的de模mo擬ni示shi波bo器qi測ce量liang，隻zhi能neng看kan到dao一yi個ge亮liang點dian在zai屏ping幕mu上shang遊you動dong
，根gen本ben看kan不bu出chu完wan整zheng的de波bo形xing
，而er我wo做zuo的de這zhe個ge示shi波bo器qi可ke以yi顯xian示shi出chu完wan整zheng的de波bo形xing，在zai測ce量liang低di頻pin率lv信xin號hao時shi這zhe是shi一yi個ge很hen大da的de優you勢shi。

　　

該示波器由6部分電路構成，分別是：

 

1. 輸入程控放大（衰減）電路2. 高速AD轉換電路3. FIFO存儲電路4. 顯示控製電路5. 時鍾產生電路6. 測頻與控製電路在這幾部分中，最重要的是程控放大電路和AD轉換電路，因為這兩個電路是這個數字示波器的咽喉
，程控放大電路決定了示波器的輸入帶寬和垂直分辨率

，AD轉(zhuan)換(huan)電(dian)路(lu)決(jue)定(ding)了(le)示(shi)波(bo)器(qi)水(shui)平(ping)分(fen)辨(bian)率(lv)
，這(zhe)兩(liang)個(ge)分(fen)辨(bian)率(lv)直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)著(zhe)示(shi)波(bo)器(qi)性(xing)能(neng)的(de)優(you)劣(lie)。這(zhe)兩(liang)部(bu)分(fen)電(dian)路(lu)將(jiang)被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)後(hou)麵(mian)的(de)處(chu)理(li)電(dian)路(lu)所(suo)需(xu)的(de)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)，慶(qing)幸(xing)的(de)是(shi)這(zhe)幾(ji)部(bu)分(fen)電(dian)路(lu)都(dou)可(ke)用(yong)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)加(jia)少(shao)量(liang)外(wai)圍(wei)器(qi)件(jian)構(gou)成(cheng)，電(dian)路(lu)設(she)計(ji)簡(jian)單(dan)，調(tiao)試(shi)也(ye)很(hen)簡(jian)單(dan)。整(zheng)個(ge)示(shi)波(bo)器(qi)我(wo)覺(jiao)得(de)最(zui)難(nan)的(de)應(ying)該(gai)是(shi)程(cheng)序(xu)，也(ye)就(jiu)是(shi)軟(ruan)件(jian)方(fang)麵(mian)。

 

軟件承擔著該示波器的所有數據處理和控製任務，包括AD采樣控製、水平掃速控製

、垂直靈敏度控製、顯示處理、峰峰值測量、頻pin率lv測ce量liang等deng任ren務wu。為wei了le提ti高gao性xing能neng
，這zhe個ge示shi波bo器qi使shi用yong了le兩liang片pian單dan片pian機ji，分fen別bie用yong於yu顯xian示shi和he控kong製zhi

，所suo以yi程cheng序xu的de設she計ji還hai要yao考kao慮lv兩liang個ge單dan片pian機ji之zhi間jian的de通tong信xin問wen題ti
，這zhe些xie在zai文wen章zhang的de各ge章zhang節jie都dou會hui有you詳xiang細xi的de描miao述shu和he解jie釋shi。

 

 

通過這個示波器的製作，你將會了解很多東西
，比如如何用運算放大器設計組合放大電路、高速AD轉換器的應用、FIFO存儲器的應用
、AVR單片機SPI總線接口協議以及高分辨率點陣液晶顯示器的驅動等內容，這些內容對於別的電子設計也是非常有用的。

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