廉价数字式模拟示波器初探

lu_xin_yu · 发表于 2013-12-12 20:02:31

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本帖最后由 lu_xin_yu 于 2013-12-12 21:05 编辑

一直想买一个小巧些的示波器放家里用，模拟示波器太大了，以前同事买了一个数字示波器，我拿过来试用了一下很不习惯，
反应很迟钝，用低速率看高频包络更是不理想，有时它显示的波形会误导我，得不断的用不同的速率查看波形，我觉得还是模拟
示波器看波形更方便的多，但是模拟示波器又太重、太大了，所以我上网查了些资料，数字示波器要是有灰度的比较贵，现在的
芯片功能这么强，难道数字示波器按模拟示波器那样显示真的很难，代价很高吗？

抱着自己想试试，年初开始陆续买了些 AD 器件、找液晶屏资料，看看哪款好些，IPS 屏是首选，后来又忙了一阵子，这事
又落下了，前两个月终于抽空画了原理图，后又抽空布 PCB 板。等器件到了查不多了，开始焊板，液晶屏是最后才买的，等屏到
后和电路板一比，悲剧了，尺寸错了，电路板太长了，算了不管它，反正只是玩得，原先设计用来给电池充电的电路部分和液晶屏
的安装孔位冲突，暂时先不用那个电路，焊好零件通电，电源不正常，查了才发现网络上买的 AD 公司的运放芯片是假的，电源脚
短路了，真是出师不利啊！那两个运放一个是生成触发信号，一个是用来调整输出电压偏置的，算啦！我只是想验证数字示波器
能否像模拟示波器那样显示的，先不用那两个芯片，至于触发信号，就用 FPGA 芯片用数字电路计算处理产生好了，第一次使用
LVDS 接口的液晶屏，让点亮液晶屏，让它正常显示花了 3 天时间，期间还发现 FPGA 送给液晶屏的差分时钟信号线旁边的管脚
不能做输入口，纳闷！又改版跳线，LD070WS2-SL05 屏还得些设置程序，设置屏内部信息才能正常显示。

PCB 板

包络图

1.6MHz 开关电源波形

1.6MHz 的开关电源电感上的波形

复合视频信号

lu_xin_yu · 发表于 2013-12-12 20:22:24

本帖最后由 lu_xin_yu 于 2013-12-17 20:24 编辑

好不容易点亮液晶屏，屏的分辨率是 1024 × 600，将最上面的 100 行做字符显示区，在 FPGA 内部写了些
个简易的字符显示处理，并将 ASCII 字符库写入 FPGA，这样单片机只要发送正常的字符串给 FPGA 就可以显示，不用按字符点阵操作，省事～液晶屏下面的画上表格 1000 X 500 点阵，画上 20 x 10 个蓝色格子。

我选的是 10bit 105MHz AD，如果让 FPGA 每秒画1亿条竖线，在最慢的扫描速度 200mS/每格时，内部
需要存储 20bit 的灰阶，按屏幕是 Y轴分辨率 500，我将想法写成代码试着编译了一下，超出芯片资源范围很多，后将灰阶将到 10Bit，Y轴分辨率 256 时，还是需要 ep4ce15 的芯片才行，算了~慢慢来吧，先
作出普通数字示波器的方式显示，再逐渐改进。

经过几天来调试，最终只用这芯片作出 32 灰阶的示波器，波形看上去已经很像模拟示波器啦，但是还不够好，等有时间再做改进吧。。

lu_xin_yu · 发表于 2013-12-12 20:44:42

本帖最后由 lu_xin_yu 于 2013-12-12 20:46 编辑

灰阶如何产生？我是用最直接的方法，32 级灰阶就是显示波形时，每次都是由 32 个波形叠加而成。
数字示波器如果要完全像模拟示波器，我的想法是：没有最低采样频率，无论扫描速度是多少，都是以最高速率采样并立刻画1竖线，所以如果是 200MHz 的采样速度，那 FPGA 芯片就每秒画 2 亿条竖线，再按扫描速率
分配到 Y 轴点阵上，所以我才得出上面的那个结论：在最慢的扫描速率下，1 垂直坐标像素是由 100万根竖线
组成的，所以这时它的灰阶是 20bit，听起来似乎很夸张，但是我在编译器上模拟过，只要 EP4CE30 的芯片就能完成这样的操作。

不知道你们有什么更好的建议，欢迎一起讨论。