#一

文章前言

在電子工程領域，示波器是工程師們不可或缺的“眼睛”。它不僅能讓我們直觀地觀察到電子信號的波形，還能深入地分析信號的細微特性。作為一種精密的電子測量設備，其核心功能是捕捉并顯示電信號隨時間變化的電壓波形。通過將抽象的電信號轉換為直觀的圖形，示波器使用戶能夠輕松識別信號的特征，如幅度、頻率、相位等，從而對信號進行精確的分析和處理。

# 二

功能定義及性能指標

波形顯示

展示電信號的電壓隨時間變化的圖形表示。

信號測量

測量信號的幅度、頻率、周期、相位差等參數。

數據記錄與分析

記錄波形數據，進行進一步的分析和處理。

多通道觀察

同時顯示多個信號，以分析它們之間的相互關系。

自動化測試

用于自動化測試環境，進行信號的快速檢測和故障診斷。

觸發功能

同步波形顯示，可在信號的特定點開始捕獲和顯示波形。

PART 03

# 三

示波器的原理

示波器通過垂直放大和水平掃描電路將電信號的電壓變化轉換為屏幕上的波形圖像，允許用戶分析信號特性。它具備觸發功能以同步波形顯示，確保信號的穩定觀察。數字示波器還能對信號進行采樣和數字化處理，提供更深入的信號分析功能。這種儀器是電子工程領域中不可或缺的工具，用于測量，調試和分析電子信號。

PART 04

# 四

硬件設計

本部分主要介紹以下相關電路：通道1、2輸入電路、觸發電路與信號控制和分配系統、采樣保持電路與模擬信號的動態選擇和控制、前面板電路、顯示背光控制電路、SoC存儲器電路、電源分配電路。

1.通道1、2輸入電路

該電路圖是一個示波器的通道1輸入電路，主要功能是接收、保護、放大和調理輸入信號。電路包括輸入保護、信號放大、信號調理、信號隔離以及信號分配。此外，還有電源管理和接口電路，確保信號準確傳輸至示波器的數字處理單元。其中XBLW SN74HC595N主要用于信號分配。通道2電路也是同理。

2.觸發電路與信號控制和分配系統電路

XBLW SN74HC595N和XBLW SN74HC4053組成的信號控制和分配系統

觸發電路是示波器中的核心部分，負責同步信號捕獲。它通過輸入信號調理、觸發水平設置、比較器和觸發控制邏輯來確定觸發點。時鐘信號確保觸發事件與ADC轉換同步。保護電路和電源管理保障電路穩定運行。觸發輸出信號通知其他模塊開始工作，而接口電路則實現與示波器其他部分的連接。整個電路的設計旨在精確控制信號的捕獲時機，以實現準確的波形顯示。其中XBLW SN74HC595N作為8位移位寄存器，接收串行數據（INDATA3）并通過其并行輸出（QA到QH）控制XBLW SN74HC4053模擬多路復用器的選擇。XBLW SN74HC4053根據XBLW SN74HC595N的輸出選擇不同的信號路徑，實現信號的動態路由。

3.采樣保持電路與模擬信號的動態選擇和控制

模擬信號的動態選擇和控制電路

采樣保持電路用于確保信號在模數轉換前的穩定性。它包含運算放大器、采樣保持單元、可調偏移組件、參考電壓源、時鐘同步信號、電源管理以及保護和接口電路。這些組件協同工作，以提高信號處理的精度和可靠性，確保采樣信號的準確捕獲和保持。該電路集成了兩個XBLW SN74HC4051模擬多路復用器和一個XBLW SN74HC595N移位寄存器，用于模擬信號的動態選擇和控制。XBLW SN74HC595N接收串行數據，通過其并行輸出控制XBLW SN74HC4051的信號路徑。電路采用雙電源供電，配備去耦電容以確保穩定性。SHOC控制信號可用于觸發操作，實現靈活的信號捕獲和處理。

4.前面板電路

該電路包含兩個XBLW SN74HC4051模擬多路復用器。每個多路復用器有8個輸入信號，通過控制信號選擇一個輸入傳輸到輸出。UF2A的輸出連接至FPMUX，而UF3A的輸出接地。此設計用于多信號源選擇應用。

該電路圖展示了兩個XBLW SN74HC4051模擬多路復用器和兩個

DM74LS393M十進制計數器的組合。XBLW SN74HC4051用于選擇輸入信號A、B或C之一輸出，由控制信號EN使能。DM74LS393M計數器用于產生計數脈沖，通過CLR清零，CLK時鐘信號控制計數。電路中使用100nF電容進行電源去耦，穩定3.3V電源。輸出信號FPK7、FPK8和FPCLK可用于驅動其他電路或作為時鐘信號。整個電路用于信號選擇和同步計數應用。

該電路使用XBLW SN74HC595N移位寄存器（U4）控制多個LED指示燈。每個LED通過一個限流電阻連接到移位寄存器的輸出。電阻值不同，適應不同LED的電流需求。移位寄存器由串行數據輸入（SER）、時鐘信號（RCLK和SRCLK）控制，OE為輸出使能。LED狀態由FPSER、FPSRCLK、FPK1、FPK2、FPK3信號決定，用于指示不同狀態，如通道、運行停止和自動模式。

5.顯示背光控制電路

該電路是用于控制LCD背光的電路。電路中使用了XBLW SN74LVC1G04反相器來控制信號的反相，以及兩個晶體管（Q10_1和Q10_2）來驅動背光。反相器的輸入（LCDBLEN）控制輸出，進而控制三極管Q10_1的基極。MOS管Q10_2作為開關晶體管，控制VBLCD背光電源的通斷。電路中還包含了限流電阻（R10_17, R10_18, R10_19）和去耦電容（C10_1, C10_2）以穩定電源和信號。

6.SOC存儲電路

該電路是一個I2C接口的EEPROM存儲器XBLW 24C64。電路通過A0、A1、A2引腳設置器件地址，VCC和GND提供電源，WP引腳用于寫保護。SCL和SDA是I2C總線的時鐘和數據線，各通過一個10kΩ的上拉電阻連接到+3.3D電源，確保線路在空閑時保持高電平。C11_1電容用于電源去耦，穩定電壓。從而實現數據的保存。

7.電源分配電路

FPGA核心供電電路

該電路圖是一個為FPGA核心供電的電壓調節電路。XBLW 1117-ADJ穩壓器（U12_1）從3.3V輸入電壓轉換為1.25V輸出電壓。電路中包含多個電容（C12_7至C12_13）用于輸入、輸出和旁路濾波，確保電源穩定。電感器L12_1與C12_11和C12_12一起構成LC濾波器，進一步平滑輸出電壓。R12_3和R12_4構成分壓網絡，用于設置XBLW 1117-ADJ的輸出電壓。此電路為FPGA提供穩定的電源，保障其正常運行。

SoC核心供電電路

該電路圖是一個用于SoC核心電源的穩壓電路。XBLW 1117-ADJ穩壓器（U12_2）將輸入電壓3.3V轉換為可調節的輸出電壓。通過R12_1和R12_2分壓電阻設置輸出電壓，這里為1.3V。C12_3、C12_4、C12_5和C12_6電容用于輸入和輸出的電壓濾波，確保電源穩定。此電路為SoC提供穩定的工作電壓，保障其正常運行。

# 五

邏輯框圖

PART 06

# 六

本方案重要器件推薦