一款自制简易示波器设计

这款简易示波器的性能如下：

1.电压挡位：200mV、500mV、1V、2V、5V、12.5V、25V、50V。

2.频率挡位：12MHz、6MHz、4MHz、3MHz、2MHz、1MHz、500kHz、250kHz、100 kHz、50kHz、25kHz、10kHz。

3.能较好地测量300 kHz的波形。

这次DIY的示波器性能虽然较弱，仅仅能用来测试音频等300kHz以下频率的周期波形。不过它还有一个实用的功能，可以用来测试+/-50V的电压(量程是自动切换的)。

主要零件
编号 零件名称 数量
1    ATMEGA8单片机 1
2    5532运放 2
3   AD603压控放大器 1
4    TLV5618[DA] 1
5    ADS830E[AD] 1
6    IDT7205 1
7    ILC7660 2
8   128x64液晶屏
[ST7565控制器] 1
9   24MHz有源晶振 1
10    1117-5.0 2
11    1117-3.3 1
12    79L05 1
13       继电器 2
14  电容、电阻、二极管 若干
15    三极管 2
16    洞洞板 1
17    按钮 2

电路分析

这个版本示波器的电路原理如图1所示。电路制作时，我用了1块16cm×10cm的万用板，电路中仅仅使用2个按钮来操作示波器，因为我只使用了一片M8单片机作为控制器，1个按钮用于循环改变采样频率，另一个按钮用来选择信号的耦合方式，直流或者交流耦合。

大家要问了，如何用一片 M8 单片机产生12MHz的采样时钟呢?呵呵，其实我对M8单片机进行了超频，使用24MHz的有源晶振作为它的时钟频率。然后，通过定时器2的比较匹配翻转电平，以产生不同的时钟。当OCR2=0时，单片机的OC2引脚就能产生12MHz的方波了。当然，如果大家不想超频，那么最高的采样频率就是16MHz的一半，8MHz了。因为，M8的技术手册上建议最高为16MHz的时钟，而比较匹配的最高频率为系统时钟的2分频，即8MHz。本次制作的源代码使用WinAVR编译。如果使用16MHz的晶振，请自行修改源代码。

电路中，被测量的信号，经过500kΩ、480 kΩ、20 kΩ电阻串联回路，通过继电器进入第1个运放，运放起到阻抗匹配的作用，因为AD603的输入电阻仅为100Ω。单片机通过继电器选择合适的衰减倍数，在默认情况下，为1/2倍的衰减。在测量较大的电压时，单片机会选择1/50 的衰减。选择衰减的目的是为了方便后期的2次放大。后期放大使用了一片AD603，它是压控放大器。通过改变GPOS(第1脚)与GNEG(第2脚)之间的电压差，即可控制它的放大倍数。AD603的GPOS(第1脚)的电压通过一片DA5618控制，它是12位串口DA，它的参考电压为1.25V，由2个电阻分压而得。整个电路的运放可以使用NE5532、AD8066、LM6172等，它们的引脚都是兼容的。由于采样的速度比较快，远大于M8单片机的读取及处理速度，所以通过IDT7205来缓冲高速采样的电平数据。最后，单片机读取采样的数据，并在128×64的液晶上显示。