如何根據(jù)DIY一個(gè)示波器來學(xué)習(xí)電路

　　我是一個(gè)閑不住的人，這樣的日子很難熬，想去電子市場(chǎng)逛逛，但學(xué)校離市區(qū)有三十多公里路，終于無聊到周末了。和平常一樣，逛電子市場(chǎng)都是這兒看看哪兒看看，碰著沒見過的還喜歡問問，多年的習(xí)慣改不掉的…… 一家柜臺(tái)上擺著“低價(jià)處理 LCD 模塊”的牌子，對(duì)于像我這樣的窮學(xué)生來說，價(jià)格往往是考慮的主要因素。我徑直走了過去，老板說這些低價(jià)屏都是全新的，只是沒有資料，所以只能低價(jià)處理，于是我就貪了個(gè)小便宜花 30 塊錢買了一塊 128*64 分辨率的點(diǎn)陣屏。喜歡貪小便宜的人最后往往都是要吃虧的，最后我真“吃虧”了，就因?yàn)檫@個(gè)屏，害得我花了近 300 塊買了一塊 320*240 的屏?；氐綄W(xué)校后就上網(wǎng)找它的資料，功夫不負(fù)有心人，我找著了。從資料中得知這塊液晶顯示器是不帶字庫(kù)的，這讓我有些小失望，但一想只花了 30 塊錢也就沒事了。根據(jù)資料編寫了程序讓它顯示了一些簡(jiǎn)單的圖形，但讓它顯示圖形或字符都得將所要顯示的東西做成點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存放在數(shù)組里才行，太浪費(fèi)單片機(jī)里少得可憐的資源了！沒有字庫(kù)的點(diǎn)陣屏就是雞肋！正徘徊在“食之無肉，棄之有味”的時(shí)候，突然靈光一現(xiàn)，何不用它來顯示一些時(shí)實(shí)的圖形呢？顯示什么呀？亮著的示波器給了我靈感，那就讓它顯示波形吧！正好我用的 AVR 單片機(jī)帶有 AD 轉(zhuǎn)換器，說干就干，忙活了一下午，晚上的時(shí)候波形就顯示出來了。這不就是一個(gè)最基本的數(shù)字示波器嗎？圖 1 和圖 2 就是當(dāng)時(shí)的“珍貴照片”，因?yàn)槟菈K電路在以后的試驗(yàn)中已經(jīng)被我拆了。這兩張照片是我買了 LCD 屏的第二天晚上照的。

　　第一步的成功，堅(jiān)定了我做數(shù)字示波器的信念。人總是有追求的，所以我要完善它！其實(shí)這無異于“因有一只鞍而買一匹馬”，但那并不總是壞的。接下來的一個(gè)星期中我有事做了…… 第二個(gè)周末，我拿出了我半個(gè)月的生活費(fèi)，花三百多塊買了一塊 320*240 的液晶顯示屏和兩片 TLC5510，開始了我自制數(shù)字示波器的征程。以前從沒有想過要制作一臺(tái)數(shù)字示波器，所以對(duì)數(shù)字示波器的了解也僅停留在基本原理和功能上，更深入的東西幾乎是一片空白。但是我相信電類的知識(shí)，只要你下工夫就沒有學(xué)不來的，于是我開始到處找資料，但不管是圖書館還是互聯(lián)網(wǎng)，幾乎找不著一個(gè)現(xiàn)成的電路或?qū)嵗晒﹨⒖迹@種情況下只能自力更生，按自己的理解畫出框圖，一步一步的實(shí)驗(yàn)。

　　剛開始時(shí)因?yàn)橛玫氖?AVR 單片機(jī)中的 ADC，最快的轉(zhuǎn)換速率為 40k（不要求達(dá)到 10 位精度），所以勉強(qiáng)能測(cè)到兩三千赫茲，這樣的性能我當(dāng)然不滿意！于是就用外置的高速 ADC，這時(shí) TLC5510 就派上用場(chǎng)了，它的最高轉(zhuǎn)換速率為 20MSa/s，為了達(dá)到高速采樣我給它提供 20MHz 的時(shí)鐘信號(hào)，8 位并行數(shù)據(jù)直接送入單片機(jī)，問題出來了，單片機(jī)太慢了，來不及讀數(shù)據(jù)。通過查閱資料我了解到對(duì)高速數(shù)據(jù)的緩沖可以使用 FIFO 存儲(chǔ)器，這是我第一次接觸 FIFO 存儲(chǔ)器。第三個(gè)周末，我花了 40 塊錢買了一片 4KB 容量的 FIFO 存儲(chǔ)器 IDT7204，直到現(xiàn)在這個(gè)示波器還是用的這片存儲(chǔ)器。FIFO 的使用解決了單片機(jī)來不及讀數(shù)據(jù)的問題，但剩下問題還有很多：如何控制掃速、如何控制靈敏度、如何控制觸發(fā)…… 太多的“如何”讓我好幾個(gè)晚上不知如何睡好覺，但也正是這些“如何”給了我解決掉這些“如何”的動(dòng)力……我喜歡挑戰(zhàn)自己。換方案，試驗(yàn)，調(diào)試，再換方案，再實(shí)驗(yàn)，再調(diào)試……最終一個(gè)個(gè)“如何”的被我解決掉了，興奮又使我好幾個(gè)晚上不知如何入眠。這就跟一個(gè)國(guó)家的內(nèi)戰(zhàn)一樣，不管誰輸誰贏受傷的總是這個(gè)國(guó)家，但卻推動(dòng)了歷史的進(jìn)步。我就是在發(fā)現(xiàn)問題和解決問題中進(jìn)步的，雖然受了點(diǎn)傷……試驗(yàn)期間我得到了《無線電》雜志社尹飛編輯的鼎立幫助，非常感謝他在精神以及物質(zhì)上對(duì)我的支持！

　　最終我將這個(gè)數(shù)字示波器做出來了，也實(shí)現(xiàn)了我起初的要求，能較好的測(cè)量到 5MHz，這樣的性能與專業(yè)的示波器相比也許差了些，但用于音頻電路和平時(shí)的電子制作調(diào)試中性能還是能夠滿足要求的，不足 500 元的成本我覺得是很實(shí)用的，特別是對(duì)象我這樣的窮學(xué)生電子愛好者。

　　誰對(duì)自制數(shù)字示波器有興趣？想體驗(yàn)一下興奮到失眠的感覺？跟我來吧，我們一同體驗(yàn)這種興奮的感覺！

　　通過我的“蠱惑”，想必大家都想自制一臺(tái)示波器玩玩，那就繼續(xù)跟著我走吧！所有的電子設(shè)備都離不開硬件，首先讓我來對(duì)它的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行一下簡(jiǎn)述：

　　總體電路如系統(tǒng)框圖所示（圖 1），前面已講過，為了提高性能本電路采用“雙核”結(jié)構(gòu)，兩片 AVR 單片機(jī)協(xié)同工作，MCU1 用于控制和頻率測(cè)量，MCU2 用于數(shù)據(jù)處理和顯示控制，兩片單片機(jī)采用 SPI 總線通信。

　　信號(hào)從探頭輸入，進(jìn)入程控放大（衰減）電路進(jìn)行放大（衰減），再對(duì)被放大（衰減）的信號(hào)進(jìn)行電平調(diào)整后送入高速 AD 轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣所得的數(shù)據(jù)存入 FIFO 存儲(chǔ)器中，當(dāng) FIFO 存滿后通知 MCU2，MCU2 從 FIFO 存儲(chǔ)器中讀出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將波形顯示在 LCD 模塊上。時(shí)鐘電路為高速 AD 轉(zhuǎn)換器和 FIFO 存儲(chǔ)器提供從 600Hz~60MHz 的 8 種不同的頻率信號(hào)作為不同水平掃速時(shí)的采樣時(shí)鐘頻率。從程控放大器輸出的信號(hào)一路送入 AD 轉(zhuǎn)換器，另一路送入整形電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形，作為測(cè)頻率的待測(cè)信號(hào)送入 MCU1 的 16 位計(jì)數(shù)器外部觸發(fā)引腳 T1（PD5），進(jìn)行頻率測(cè)量，程控放大器的放大（衰減）倍數(shù)和時(shí)鐘電路的輸出頻率均由 MCU1 控制。MCU1 將被測(cè)信號(hào)的頻率、程控放大器的放大倍數(shù)和時(shí)鐘電路的輸出頻率等數(shù)據(jù)通過 SPI 總線發(fā)送給 MCU2，MCU2 以這些數(shù)據(jù)作為頻率、水平掃速、靈敏度和峰峰值計(jì)算、顯示的依據(jù)。