教你用最简单的方法实现强大的多功能手持仪，提供完整软硬件解决方案，不服来战

一、项目概述

1.1 引言

爱特梅尔半导体是世界上高级半导体产品设计、制造和行销的领先者，产品包括了微处理器、可编程逻辑器件、非易失性存储器、安全芯片、混合信号及RF射频集成电路。ATMEL主要应用于高增长的电子设备市场，如通讯、计算、消费类产品、安全产品、汽车电子和工业应用。

1.2 项目背景/选题动机

随着电子技术的发展和电路结构的不断创新变化，对电路测量的要求也变得更高，在电子制作中会发现对很多参数的测量已经不是一块万用表能胜任的了，比如单片机 某I/O口的输出波形或制作放大器测其频率响应等等，所以示波器自然而然的和万用表一样变成了电子工程和爱好者的必备工具，但是，示波器又很昂贵，所以我 们就想发挥我们的聪明才智和所学的知识制作一台使用的示波器，并且尽量使功能多样，并且想着节能环保，将以往按键形式的改为触屏的，还附加其他的功能。

二、需求分析

2.1 功能要求

1）双通道示波器： 显示输入信号的波形、频率、幅值。

2）万用表：可测量参数：

DCV：直流电压；

ACV：交流电压、

DCA：直流电流、

R：电阻、

UF：二极管的正向导通电压、

hFE：三极管放大倍数。

3）信号发生器：产生方波、锯齿波、正弦波、三角波等信号波形；信号的频率和幅度可调。

2.2 性能要求

• 示波器：

• 通道数：2

• 带宽：60MHz

• 垂直灵敏度：不小于10mV-5V/div

• 最大输入电压：50Vpp

• 输入阻抗：1MΩ

• 水平时基范围：不小于500ns-50ms/div

• 显示：彩色液晶

• 耦合方式：AC/DC

2）数字万用表：

• 直流电压量程：200mV ；2V；20V；200V ----精度：±0.5%

• 交流电压量程：
  200mV -----精度：±1.2%
  2V；20V；200V----精度：±1.0%

• 直流电流量程：
  2mA；20 mA ------精度：±0.5%
  200 mA ------精度：±1.5%
  10A ------精度：±2.0%

• 交流电流量程：

2mA；20 mA ------精度：±1.0%

200 mA ------精度：±2.0%

10A ------精度：±3.0%

• 电阻量程：

200Ω；2KΩ；20KΩ；200KΩ；2MΩ；------精度：±0.5%

3）函数信号发生器：

• 频率范围：1Hz～50MHz

• 频率精确度：±0.5 Hz

• 信号谐波失真（50Ω匹配负载，1Vp-p输出时）：

• 小于20kHz：-60dBc
• 20kHz～1MHz：-50dBc
• 1MHz～10MHz：-40dBc
• 10MHz～50MHz：-30dBc

• 输出幅度范围：2mV～2Vrms（开路），或1 mV～1 Vrms（50Ω负载）

• 输出阻抗： 50Ω

• 稳幅特性（频幅平坦度）：10Hz～10MHz±0.5dB 1Hz～50MHz±1dB

三、方案设计

3.1示波器

3.1.1系统功能实现原理

数字示波器首先对模拟信号进行高速采样获得相应的数字数据并存储。用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算，从而获得所需的各种信号参 数。根据得到的信号参数绘制信号波形，并可对被测信号进行实时的、瞬态的分析，以方便使用者了解信号质量，快速准确地进行故障的诊断。测量开始时，操作者 可通过操作界面选定测量类型、测量参数及测量范围；微处理器自动将测量设置解释到采样电路，并启动数据采集；采集完成后，由微处理器对采样数据按测量设置 进行处理，提取所需要的测量参数，并将结果送显示部件。

系统硬件结构框图

3.1.2 电路设计

程控放大部分：

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。

开关用继电器控制，H代表吸合，L代表未吸合。

电压灵敏度与 S1~S4 的关系表：

放大倍数 灵敏度 S1 S2 S3 S4

0.1 2V H L L L

0.2 1V H L H L

0.4 0.5V L H L L

1 0.2V L L L L

2 0.1V L L H L

4 50mV L H L H

10 20mV L L L H

20 10mV L L H H

高速A/D转换和数据存储：

由程控放大电路调整后的信号分成两路，有一路进入A/D转换电路进行采样，采样所得的数据由 74LVC574 锁存缓冲后送入存储器。

时钟电路：

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。

基准时钟为60MHz，通过多路选择器和分屏器实现。

主控MCU：

由一片AVR单片机作为主控芯片，进行数据的处理并控制程控放大器和时钟产生器，并将数据送屏幕显示。

3.1.3 系统预计实现结果

采样速率： 600Sa/s， 6kSa/s， 60kSa/s， 600kSa/s， 3MSa/s， 6MSa/s， 30MSa/s， 60MSa/s

水平水平扫速：500ns、1μs、5μs、10μs、50μs、500μs、