基于STM32的數字示波器設計與實現
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2 數字示波器的硬件設計
2．1 系統硬件總體框圖
系統硬件總體框圖如圖1所示，主要由STM32控制單元，信號輸入阻抗匹配單元，信號調理單元，A／D采樣與FIFO存儲單元，時鐘單元，TFT顯示單元等組成。輸入信號經阻抗匹配后，送入信號調理單元，將信號的幅度放大或衰減到適合A／D采樣的范圍內，A／D采樣單元對幅度為2VPP的信號進行A／D采樣，并將采樣結果存入FIFO單元中。CPU從FIFO中讀存數據并進行內插運算，然后根據用戶通過鍵盤輸入的指令將信號波形顯示在TFT液晶屏上。另外，CPU還可以將數據通過RS232接口上傳給上位機，或進行打印等處理。本文引用地址：http://www.104case.com/article/194938.htm
2．2 輸入阻抗匹配電路
對于低速數據采集，由于信號反射對信號的傳輸過程影響微乎其微，所以低速數據采集系統良好的高阻抗性能，對提高系統的測量精確度有很大的意義。本設計中采用電壓跟隨器實現阻抗變換，數據采集阻抗變換電路的設計方案如圖2所示，其輸入阻抗為10MΩ。
2．3 信號調理電路
信號調理電路主要采用具有可變增益的數字程控放大器AD8260。AD8260是AD公司生產的一款大電流驅動器及低噪聲數字可編程可變增益放大器。該器件增益調節范圍為-6 dB～+24 dB，可調增益的-3 dB帶寬為230MHz，可采取單電源或雙電源供電。主要用于數字控制自動增益
系統、收發信號處理等領域。本設計主要使用其數字控制自動增益功能。AD8260內部的數字程控增益功能框圖如圖3所示。經阻抗匹配后的信號可直接輸入AD8260的17、18腳，經AD8260內部前端放大器6 dB的固定增益放大，-30 dB程控衰減以及末級放大器18 dB固定增益放大后，由7和8腳輸出。第11、12、13、14腳為四位數字控制信號(D0、D1、D2、D3)，與STM32的I／O口直接連接，實現增益控制。表3給出了AD8260增益調節真值表。
2．4 A／D和FIFO電路
在數據采集電路設計中，選用BB公司的8位高速AD轉換器ADS830E，最高采樣頻率為60 MSa／s，最低采樣頻率為10 kSa／s。8位轉換精度的顯示分辨率為256格，能夠滿足所選用分辨率為640*480的TFT顯示模塊。FIFO存儲器采用IDT7204高速緩存，其緩存深度達1 024 K。FIFO存儲器是一種雙口的SRAM，沒有地址線，隨著寫入或讀取信號對數據地址指針進行遞加或遞減，來實現尋址。
2．5 時鐘電路
時鐘產生電路為AD轉換器提供一系列的采樣時鐘信號，共有8種頻率，分別對應著不同的水平掃速。時鐘產生電路主要由高穩定度的溫補晶振，分頻器74LS390，多路選擇器74F151以及分頻器74F74觸發器構成。基準時鐘信號由一塊60 MHz的溫度補償型有源晶體模塊提供，輸出的60 MHz信號經過分頻器的多次分頻得到8種不同的頻率，然后送入多路選擇器74F151。STM32通過對74F151的三根選通信號線進行控制來選擇所需的采樣頻率。另外，中央控制器采用STM32處理器，主頻設為80 MHz。顯示器采用分辨率為640*480的TFT顯示模塊，與STM32之間采用SPI接口。與其它上位機通信采用RS232口。
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