專利名稱:一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器。示波器包括戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板和VCA810程控放大模塊。其基本思路為先進(jìn)行一輪預(yù)采樣，以判斷被測(cè)信號(hào)是否屬于微小信號(hào)，并且測(cè)出信號(hào)的實(shí)際幅值；假如通過(guò)預(yù)采樣判定被測(cè)信號(hào)是微小信號(hào)，則微處理器通過(guò)程控放大模塊放大被測(cè)信號(hào)，使信號(hào)的信噪比提高；示波器對(duì)此放大后的信號(hào)進(jìn)行采樣，并與預(yù)采樣得到的幅值相對(duì)比，得到信號(hào)被放大的倍數(shù)；微處理器按照此放大倍數(shù)，將采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)還原為信號(hào)放大前的數(shù)據(jù)，即原始被測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)，噪聲在此過(guò)程中將被明顯抑制。應(yīng)用本實(shí)用新型，可以得到準(zhǔn)確、清晰、低噪聲的波形和準(zhǔn)確的幅值、頻率信息。
【專利說(shuō)明】
一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電子設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器。【背景技術(shù)】
[0002]模擬示波器主要的實(shí)現(xiàn)方法為:使用模擬電路電子槍向屏幕發(fā)射電子，電子聚焦形成電子束，擊中屏幕留下熒光印跡，被人眼所識(shí)別。電子束從電子槍到屏幕的路程中，會(huì)經(jīng)過(guò)兩對(duì)互相垂直的極板:豎直放置的極板兩端電壓周期性變化，保證電子束在屏幕上從左到右不斷掃描;水平放置的極板兩端加以外界電壓，電壓越大，則電子束偏轉(zhuǎn)越明顯。如此一來(lái)，利用人眼的余輝效應(yīng)，用戶就能在屏幕上觀察到實(shí)際的波形，并能進(jìn)行調(diào)整、測(cè)量等操作。模擬示波器最大的局限在于其可以表示的頻率范圍。在頻率非常低的地方，信號(hào)呈現(xiàn)出明亮而緩慢移動(dòng)的點(diǎn)，而很難分辨出波形。而當(dāng)信號(hào)頻率超過(guò)陰極射線管的寫速度時(shí)， 波形顯示過(guò)于暗淡，難于觀察。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)字示波器采用A/D轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)于微控制器的存儲(chǔ)器中，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖，并通過(guò)一系列數(shù)據(jù)運(yùn)算，得到所測(cè)信號(hào)的幅值、頻率等信息。這種方法在信號(hào)幅值較大時(shí)工作良好，但是信號(hào)幅值非常小時(shí)，信噪比非常低，顯示的波形帶有大量噪聲，用戶難以分辨波形原本的樣子，示波器也無(wú)法正確地測(cè)出信號(hào)的幅值、頻率。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，并提供一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器，提升可測(cè)信號(hào)的頻率幅值范圍，提升波形精確度。
[0005]—種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器，包括戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板和VCA810程控放大模塊；
[0006]戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板由DAC輸出引腳、ADC1、ADC2、地線引腳GND、液晶屏和鍵盤組成。戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的DAC輸出引腳經(jīng)過(guò)第一電源后，連接至VCA810程控放大模塊的 DAC控制信號(hào)輸入引腳;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的ADC1和ADC2分別連接到VCA810程控放大模塊的輸入端和輸出端;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的地線引腳通過(guò)第二電源后，連接至VCA810程控放大模塊的地線引腳;被測(cè)信號(hào)輸入VCA810程控放大模塊的輸入端;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板上連接用于顯示的液晶屏和用于輸入的鍵盤，由單片機(jī)直接控制。
[0007]作為優(yōu)選，所述的第一電源為2節(jié)1.5V干電池，所述的第二電源為1節(jié)1.5V干電池。
[0008]本實(shí)用新型的基本原理是:先進(jìn)行一輪預(yù)采樣，以判斷被測(cè)信號(hào)是否屬于微小信號(hào)，并且測(cè)出信號(hào)的實(shí)際幅值。假如通過(guò)預(yù)采樣判定被測(cè)信號(hào)不是微小信號(hào)，則示波器按照常規(guī)方式采樣、顯示。[〇〇〇9]假如通過(guò)預(yù)采樣判定被測(cè)信號(hào)是微小信號(hào)，則微處理器通過(guò)程控放大模塊放大被測(cè)信號(hào)，使信號(hào)的信噪比提高。下一輪采樣時(shí)，示波器對(duì)此放大后的信號(hào)進(jìn)行采樣，并與預(yù)采樣得到的幅值相對(duì)比，得到信號(hào)被放大的倍數(shù)。微處理器按照此放大倍數(shù)，將采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)還原為信號(hào)放大前的數(shù)據(jù)，即原始被測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)，噪聲在此過(guò)程中將被明顯抑制。
[0010]本實(shí)用新型的示波器利用此數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和顯示，就可以得到準(zhǔn)確、清晰、低噪聲的波形和準(zhǔn)確的幅值、頻率信息?！靖綀D說(shuō)明】

[0011]圖1為本實(shí)用新型控制示波器的方法流程圖。
[0012]圖2為一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器的結(jié)構(gòu)示意圖。[0〇13]圖中，戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板1、鍵盤2、液晶屏3、第二電源4、第一電源5、VCA810程控放大模塊6?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述和說(shuō)明。本實(shí)用新型中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒(méi)有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。
[0015]如圖1所示，本實(shí)用新型的基本思路為:信號(hào)首先經(jīng)過(guò)ADC1采樣模塊進(jìn)入單片機(jī)， 通過(guò)預(yù)采樣確定采樣模式。若被測(cè)信號(hào)不是微小信號(hào)，信號(hào)將直接在液晶屏3上顯示相關(guān)參數(shù)和波形；如果被測(cè)信號(hào)是微小信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)由DAC輸出控制的程控放大電路放大，再通過(guò)ADC2采樣模塊進(jìn)入單片機(jī)，在液晶屏3上顯示正確的參數(shù)和波形。[〇〇16] 如圖2所示，一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器，包括戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板和 VCA810程控放大模塊6;[〇〇17] 戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的DAC輸出引腳經(jīng)過(guò)第一電源5后，連接至VCA810程控放大模塊6的DAC控制信號(hào)輸入引腳。這是為了將DAC輸出電壓抬升至足夠高，以有效控制VCA810 程控放大模塊6。當(dāng)判定輸入信號(hào)為微小信號(hào)時(shí)，STM32單片機(jī)會(huì)通過(guò)DAC輸出控制信號(hào)，使得VCA810工作在放大狀態(tài)，將微小信號(hào)放大。
[0018]戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的ADC1和ADC2分別連接到VCA810程控放大模塊6的輸入端和輸出端。ADC1連接到VCA810程控放大模塊6的輸入端，用于判斷被測(cè)信號(hào)是否是微小信號(hào)。ADC2連接到VCA810程控放大模塊6的輸出端，當(dāng)輸入信號(hào)為微小信號(hào)時(shí)，ADC2將放大后的波形采集到STM32單片機(jī)。
[0019]戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的地線引腳通過(guò)第二電源4后，連接至VCA810程控放大模塊 6的地線引腳。這是為了讓ADC1和ADC2采集到的信號(hào)相對(duì)兩個(gè)ADC有1.5伏的抬升，從而從雙極性信號(hào)變?yōu)閱螛O性信號(hào)，便于ADC的采樣。
[0020]被測(cè)信號(hào)輸入VCA810程控放大模塊6的輸入端;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板上連接用于顯示的液晶屏3和用于輸入的鍵盤2,由單片機(jī)直接控制。用戶可以通過(guò)按鍵操作控制采樣和波形參數(shù)。[0021 ]本實(shí)施方式中，所述的第一電源5為2節(jié)1.5V干電池，所述的第二電源4為1節(jié)1.5V 干電池。
[0022]基于上述裝置，本實(shí)用新型還提供了一種利用所述示波器的優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波方法，步驟如下:[〇〇23]1)首先將被測(cè)信號(hào)輸送至VCA810程控放大模塊6的輸入端；[〇〇24]2)被測(cè)信號(hào)首先被ADC1采樣，單片機(jī)讀取ADC1采樣得到的數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)值比較以判斷被測(cè)信號(hào)是否屬于微小信號(hào)；當(dāng)判斷出被測(cè)信號(hào)不屬于微小信號(hào)(例如，信號(hào)為100毫伏，屬于微小信號(hào))時(shí)，繼續(xù)使用ADC1進(jìn)行采樣，單片機(jī)對(duì)ADC1采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選， 直至當(dāng)波形符合用戶所設(shè)置觸發(fā)條件時(shí)，將采樣所得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)，完成一輪采樣，單片機(jī)讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并計(jì)算信號(hào)的幅值;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的 DAC輸出控制信號(hào)，使得VCA810程控放大模塊6不工作;STM32F103單片機(jī)根據(jù)本輪采樣得到的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏顯示波形及信號(hào)參數(shù)；
[0025]3)當(dāng)判斷出被測(cè)信號(hào)屬于微小信號(hào)時(shí)，示波器將啟用ADC2進(jìn)行采樣，單片機(jī)對(duì)ADC2采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，直至當(dāng)波形符合用戶所設(shè)置觸發(fā)條件時(shí)，將采樣所得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；當(dāng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)，完成一輪采樣，單片機(jī)讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并計(jì)算信號(hào)的幅值;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的DAC輸出控制信號(hào)，使得VCA810程控放大模塊6工作在放大狀態(tài)，將被測(cè)微小信號(hào)放大;STM32F103單片機(jī)根據(jù)本輪采樣得到的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏顯示波形及信號(hào)參數(shù)；[〇〇26]4)顯示一次波形后，示波器重復(fù)步驟2)和3)，進(jìn)行下一輪采樣，顯示的波形保留至下一次顯示;第二輪采樣時(shí)，ADC2采樣到的是經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)，因此能夠保證良好的采樣質(zhì)量和分辨率。STM32F103單片機(jī)將讀取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，計(jì)算信號(hào)的幅值，并根據(jù)本輪采樣得到的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏顯示波形及信號(hào)參數(shù);采樣、處理數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)LCD顯示屏顯示的過(guò)程將不斷循環(huán)，直到用戶關(guān)閉本示波器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器，其特征在于，包括戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板和VCA810 程控放大模塊；戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的DAC輸出引腳經(jīng)過(guò)第一電源后，連接至VCA810程控放大模塊的 DAC控制信號(hào)輸入引腳;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的ADC1和ADC2分別連接到VCA810程控放大模 塊的輸入端和輸出端;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā)板的地線引腳通過(guò)第二電源后，連接至VCA810程 控放大模塊的地線引腳;被測(cè)信號(hào)輸入VCA810程控放大模塊的輸入端;戰(zhàn)艦STM32F103開(kāi)發(fā) 板上連接用于顯示的液晶屏和用于輸入的鍵盤，由單片機(jī)直接控制。2.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化微小信號(hào)測(cè)量的示波器，其特征在于，所述的第一電源為2 節(jié)1.5V干電池，所述的第二電源為1節(jié)1.5V干電池。
【文檔編號(hào)】G01R13/00GK205720371SQ201620306584
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】李屹成, 胡博滔, 王曉萍
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)