YB4365／YB4345數(shù)字光標直讀示波器的設計與實現(xiàn)

【摘　要】　設計了基于單片機W78E58控制的YB4365／4345數(shù)字光標直讀示波器系統(tǒng)，介紹了其功能特點及測試信號與字符顯示原理，重點闡述了該示波器的硬件設計。

引　言
　　YB4365／4345數(shù)字光標直讀示波器是2001年國家級重點新產(chǎn)品，該產(chǎn)品是采用單片機控制技術和雙時基掃描技術的寬帶示波器。該機不僅具備通用示波器的作用，還具備數(shù)字頻率計和高頻毫伏表等多種功能。
2　主要性能指標與特點
　　YB4365／4345數(shù)字光標直讀示波器垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)為1mV／div～5V／div，頻帶寬度為100MHz／40MHz，上升時間≤3． 5ns／8．8ns。掃描偏轉(zhuǎn)系數(shù)0．5s／div～50ns／div。擴展×10后最快掃速為5ns／div，輸入阻抗為1MΩ／25P，該機的主要性能特點如下：
　 （1）屏幕顯示設定狀態(tài)。掃描速度、掃描延遲時間、非校準狀態(tài)、垂直靈敏度等參數(shù)均可在屏幕上以字符形式顯示，簡化了測試操作設定狀態(tài)的確定過程。
　 （2）測量數(shù)據(jù)的顯示。采用電子光標卡尺，可以對光標線之間的電壓（△v），光標線之間的時間（△t），光標線之間的頻率（1／△t）等參數(shù)進行測量。避免對信號波形的目測、計算、換算等人工操作造成的誤差。
　 （3）自動掃描速度功能設定?？勺詣釉O定最佳掃描速度（顯示約2～5周期的信號波形）。并跟隨輸入信號自動設定掃描速度的值。
　 （4）頻率計數(shù)器功能。可以直接測定A掃描觸發(fā)信號頻率。
　 （5）觸發(fā)鎖定功能。測試難于取得的掃描同步的復雜脈沖序列時，在取得掃描同步的狀態(tài)下啟動觸發(fā)鎖定功能，此后即使掃描被改變，儀器仍保持掃描同步。
　 （6）采用貼片工藝技術（SMT）和開關電源。使得該機具有體積小，重量輕、功耗低、電源適應范圍寬等優(yōu)點。
3　測試波形與字符同時顯示的工作原理
　　圖1為波形和字符顯示過程。通用示波器對被測信號的測量，是通過屏幕的垂直、水平坐標刻度線和面板開關設置狀態(tài)，經(jīng)人工計算，才能讀出被測信號的電壓幅度和時間的有關參量，測量信號非常麻煩，且精度不高，測量結(jié)果常會因人而異。

　　YB4365／4345示波器是在單片機W78E58的控制下通過屏幕上的游標卡尺的測量并自動以字符方式顯示測量結(jié)果，被測信號波形是采用掃描顯示，字符（游標卡尺、狀態(tài)設置、測試參數(shù)）采用光柵顯示。光柵顯示有階梯顯示和坐標顯示兩種，為了提高示波器的顯示速度應采用坐標顯示，即對點陣中的亮點加亮顯示。波形、字符分時在屏幕顯示，并且規(guī)定字符顯示優(yōu)先。顯示字符的編碼放在單片機內(nèi)部存貯器ROM 中，編碼的地址即為ROM的地址，其數(shù)據(jù)就是ROM中的數(shù)據(jù)，一個字符在ROM中占一個區(qū)域，將要用到的字符依次放入ROM中。顯示過程如圖1所示。圖中波形a為示波器的被測信號，b為水平掃描信號，c表示字符和波形的顯示過程，圖形中設字符波形的顯示周期為T，其中T4時間用于顯示波形，而T3時間（即 T3＝T―T4）則用于顯示字符和波形。在T3時間內(nèi)要顯示字符（包括全部字符點陣的各個點）按照字符優(yōu)先原則進行顯示，其間隙時間仍用于顯示波形。T1 為點陣中一個點的顯示周期。T2為顯示點的有效時間，因此，在顯示字符期間被測信號仍可得到斷續(xù)顯示。為了在顯示字符期間所顯示的波形不產(chǎn)生斷續(xù)現(xiàn)象，要求在各個顯示周期中字符點所截取的波形點各不相同。適當選擇T3使T3／T1不為整數(shù)，即可獲得穩(wěn)定顯示。