[实用新型]基于STM32的便携式数字示波器

说明书

技术领域

本实用新型涉及电子仪器技术领域，尤其涉及基于STM32的便携式数字示波器。

背景技术

示波器是电子实验室日常使用频率最高的三种仪器之一。

20 世纪 30～50 年代是电子管示波器阶段。到1958 年示波器带宽达到 100 MHz 后便长期停滞不前。20 世纪 60 年代是集成化示波器阶段。集成电路技术为示波器的小型化和向高性能、高可靠发展创造条件。1972 年，第一台数字存储示波器诞生，它对示波器的发展产生了重大的影响。

80 年代以来，数字存储示波器异军突起，成果累累，大有全面取代模拟示波器的势头。现代示波器具有数字存储、数据处理、光标测量和 CRT 读出等多种功能，借助于总线与主控电子计算机联网。本次设计的示波器与数值频率计、数字电压表等数字化仪器，本次示波器还具备测量、显示、存储、比较、光标数字读出、计算、程控、接口连接等许多重要功能。

传统的模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。这种示波器虽然其实时性很好，但带宽不是很高，目前最高的就1G带宽，而且功能单一，操作复杂，不能连接电脑形成系统化测试，提高测试效率，也不能进行复杂的数学运算如FFT。

市场上的示波器不仅价格昂贵，还存在体积较大、功耗较高、使用不方便等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种性能好、环境适应性强、体积小、重量轻、易携带且价格合理、成本低的实验平台。即基于STM32的便携式数字示波器。

这实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

基于STM32的便携式数字示波器，包括壳体，还包括壳体内设置的PCB板，以及壳体上设置的电容触摸屏；PCB板上设置有示波器系统，并连接电容触摸屏。

该实用新型创新点在于，PCB板上提供了一种全新的数字示波器硬件电路，包括信号调理、信号采样、频率测量和波形显示等。

在上述的基于STM32的便携式数字示波器，PCB板上的核心控制器采用意法半导体（ST）公司的STM32F407ZET6芯片，基于ARM公司cortex-M4内核，用于数字信号的运算和处理、逻辑运算以及人机交互界面的控制。使用信号调理电路之后通过外部高速AD采样，利用Cortex-M4内核的独特的浮点运算单元（FPU）进行运算，分析、处理数据，存储数据，最终将在 TFT 触摸屏上面显示。

在上述的基于STM32的便携式数字示波器，示波器系统包括输入信号模块、阻抗变换模块、信号调理模块、ADS805采样模块、FIFO存储器模块、PWM时钟模块、频率测量模块、控制模块、显示模块、SD卡存储模块、锂电池供电模块以及STM32模块；输入信号模块的输出与阻抗变换模块的输入相连，阻抗变换模块的输出与信号调理模块的输入相连，前级信号调理模块的输出与ADS805采样模块的输入和频率测量模块的输入相连，STM32模块与前级信号调理模块的控制输入相连，ADS805采样模块的输出与FIFO存储器模块的输入相连，PWM时钟模块分别与ADS805采样模块和FIFO存储器模块相连，FIFO存储器模块的输出、频率测量模块的输出、SD卡存储模块的输入、控制模块的输入、显示模块的输入分别与STM32模块相连。

在上述的基于STM32的便携式数字示波器，阻抗变换模块采用电压跟随器电路，增大输入阻抗和减小输出阻抗，实现对微弱信号的无衰减的传输；信号调理模块采用三级放大加抗混叠滤波器的形式，前后两级采用继电器切换运放反馈电阻的形式，中间采用压控芯片VCA810，后级固定放大倍数，STM32控制输出电压控制放大倍数，抗混叠低通滤波模块采用7阶无源巴特沃斯低通滤波器，其截止频率为10MHz。

在上述的基于STM32的便携式数字示波器，所述 ADS805采样模块采用A/D接口的高速差分运放THS4151提供2.5V的偏置电压； ADS805采样模块的输出和FIFO存储器模块的输入相连，它一方面需要高速存储AD 转换器的转换结果，同时还作为STM32进行处理和波形显示的数据来源。FIFO存储器采用高速缓冲器IDT7204。ADS805采样模块的采样时钟和FIFO存储器模块的控制时钟由STM32通过PWM模块提供。

在上述的基于STM32的便携式数字示波器，频率测量模块采用等精度测频原理，实现低频信号和高频信号的精确测量。其中低频信号采用低频比较器LM311，高频信号采用高频比较器TL3016。