一款自制簡易示波器設計

這款簡易示波器的性能如下：

1.電壓擋位：200mV、500mV、1V、2V、5V、12.5V、25V、50V。

2.頻率擋位：12MHz、6MHz、4MHz、3MHz、2MHz、1MHz、500kHz、250kHz、100 kHz、50kHz、25kHz、10kHz。

3.能較好地測量300 kHz的波形。

這次DIY的示波器性能雖然較弱，僅僅能用來測試音頻等300kHz以下頻率的周期波形。不過它還有一個實用的功能，可以用來測試+/-50V的電壓(量程是自動切換的)。

主要零件
編號 零件名稱 數量
1    ATMEGA8單片機 1
2    5532運放 2
3   AD603壓控放大器 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       繼電器 2
14  電容、電阻、二極管 若干
15    三極管 2
16    洞洞板 1
17    按鈕 2

電路分析

這個版本示波器的電路原理如圖1所示。電路制作時，我用了1塊16cm×10cm的萬用板，電路中僅僅使用2個按鈕來操作示波器，因為我只使用了一片M8單片機作為控制器，1個按鈕用于循環改變采樣頻率，另一個按鈕用來選擇信號的耦合方式，直流或者交流耦合。

大家要問了，如何用一片 M8 單片機產生12MHz的采樣時鐘呢?呵呵，其實我對M8單片機進行了超頻，使用24MHz的有源晶振作為它的時鐘頻率。然后，通過定時器2的比較匹配翻轉電平，以產生不同的時鐘。當OCR2=0時，單片機的OC2引腳就能產生12MHz的方波了。當然，如果大家不想超頻，那么最高的采樣頻率就是16MHz的一半，8MHz了。因為，M8的技術手冊上建議最高為16MHz的時鐘，而比較匹配的最高頻率為系統時鐘的2分頻，即8MHz。本次制作的源代碼使用WinAVR編譯。如果使用16MHz的晶振，請自行修改源代碼。

電路中，被測量的信號，經過500kΩ、480 kΩ、20 kΩ電阻串聯回路，通過繼電器進入第1個運放，運放起到阻抗匹配的作用，因為AD603的輸入電阻僅為100Ω。單片機通過繼電器選擇合適的衰減倍數，在默認情況下，為1/2倍的衰減。在測量較大的電壓時，單片機會選擇1/50 的衰減。選擇衰減的目的是為了方便后期的2次放大。后期放大使用了一片AD603，它是壓控放大器。通過改變GPOS(第1腳)與GNEG(第2腳)之間的電壓差，即可控制它的放大倍數。AD603的GPOS(第1腳)的電壓通過一片DA5618控制，它是12位串口DA，它的參考電壓為1.25V，由2個電阻分壓而得。整個電路的運放可以使用NE5532、AD8066、LM6172等，它們的引腳都是兼容的。由于采樣的速度比較快，遠大于M8單片機的讀取及處理速度，所以通過IDT7205來緩沖高速采樣的電平數據。最后，單片機讀取采樣的數據，并在128×64的液晶上顯示。