#训练营#数字示波器-6155902A

        数字示波器是一种用于显示电信号波形的仪器，主要由模拟前端处理电路、单片机电路、电源电路、控制电路、触发电路、校准电路等电路组成。由于该项目为示波器入门项目，在电路设计上选择了一些核心电路，帮助初学者更好的了解示波器的原理和设计方法，主要包括了以下电路：

（1）模拟前端处理电路：负责将输入的检测模拟信号进行处理后给单片机进行识别，具体电路包括了交直流耦合选择电路、电压衰减电路、信号处理电路以及频率检测电路，是整个电路的核心。

（2）电源电路：负责给运放提供正负电源以及系统供电，是保障电路正常运行的基础；

（3）单片机电路：给系统提供控制核心，负责对输入信号的采集与处理输出工作；

（4）人机交互电路：用于控制示波器功能，包括按键、旋钮、LED灯、显示屏以及其它输入输出接口，为示波器功能的开发提供基础。

四、硬件电路组成

1.1.1 模拟前端处理电路

（1）交直流耦合切换电路
       信号类型可以分为直流信号和交流信号，现实中的信号往往都是都不是理想波形。比如直流电源信号应该是一条水平的直流信号，但都会存在电源纹波（交流信号）；在采集交流信号时也可能混入直流信号对波形的峰峰值造成影响。为了保障对输入交流信号的准确测量，利用电容通交隔直的特性，将电容串联到电路中就可以过滤到信号中的直流分量，这就是交流耦合的概念。而直流耦合就是不对输入信号做任何处理。
（2）输入信号衰减电路
      信号经过交直流耦合选择电路后由开关SW3选择两个通道，开关2和3接到一起时，输入信号直接流入后级的电压跟随器电路；当开关2和1接到一起时，输入信号经过R7、R11、R14三个电阻构成的电阻分压网络后将信号衰减到了1/50倍，即。结合后面的信号调理电路计算可知：
当SW2开关2和3接到一起时，可以测量的输入信号幅值为-1.6V-5V
当SW2开关2和1接到一起时，可以测量的输入信号幅值为-80V-250V
       由此可知，当输入信号幅值较小时，可优先选择低压档位，如果测量时不确定输入信号幅值可先用高压档位测量后如满足低压范围内，可用低压档位测量以得到更为精准的测量结果，同时保护电路。
 补充说明：该项目中使用的探头为BNC转鳄鱼夹探头，非专业示波器探头，仅对电路进行简单分析，此处不进行展开说明更多关于探头选择与阻抗说明。如使用专业示波器的无源探头进行测量，由于探头上有一个x1和x10的档位选择，当档位为x10时可以通过调整探头上的补偿电容或者是电路中的C10进行匹配已得到准确的测量效果，其中C10一般为可调电容，实际大小与各板间电容特性有关。

1.1.2 电源控制电路
       该项目使用GD32最小系统板为核心，板载了5V转3.3V降压电路，所以在设计扩展板时只需要设计一个5V电源输入电路即可，这里选用了主流的Type-C为输入接口 ，且该接口只有两根线，插件封装，方便新手焊接学习，但需要注意的是这个Type-C接口仅用于供电，不能传输数据，如果需要使用传输数据，可以使用核心板上的Type-C接口。SW1为电源总开关、C1为输入滤波电容，R1是LED1的限流电阻。

  除了电源输入电路为，为保障运算放大器对于负电压的测量性能，使用了XD7660负压产生电路得到一个 负电压，该芯片外围电路简单，只需要两个电容和一个二极管即可工作，理论上输入电压为+5V，也可以输出一个-5V的电压，由于芯片内部存在一定压降及转换效率，实际测量负电压为-4.3V左右，也能满足运算放大器的要求。

1.1.3 单片机电路
        该项目使用了由立创开发板团队推出的GD32最小系统板为主控，这款开发板是由立创开发板团队联合兆易创新推出的一款全国产的开发板，板载CH340下载芯片，只需要一根数据线就可以对板子进行烧录与串口调试，同时兼容STM32最小系统板的尺寸与引脚配置，可以直接进行替换。

1.1.4 人机交互电路
（1）液晶屏显示电路
      1.8 TFT 是一款彩色显示屏，具有 128 x 160 个彩色像素，使用四线SPI通信方式与单片机进行连接，一共有八根引脚，模块引脚说明及与单片机连接情况如下所示：

1.8寸TFT显示屏使用四线SPI通信方式与单片机进行连接时，涉及的模块引脚主要包括以下几个：

1. VCC：这是屏幕的电源引脚，用于连接电源的正极，确保显示屏的正常供电。通常，VCC引脚连接的电压为+5V或+3.3V，以提供显示屏工作所需的电源。
2. GND：这是电源和信号接地引脚，用于连接电源的负极，确保电源供应的稳定性。
3. SCL（Serial Clock）：时钟信号线，由主通信设备（通常是单片机）产生。这条线用于同步数据传输，确保发送和接收设备之间的数据同步。
4. SDA（Serial Data）：这是主设备输出/从设备输入引脚。主机的数据从这条信号线输出，从机由这条信号线读入数据。通过SDA引脚，单片机可以向显示屏发送数据或指令。

此外，根据具体的显示屏和单片机型号，可能还有其他引脚用于其他功能，例如RST（复位引脚），用于复位显示屏；以及背光控制引脚，用于打开或关闭显示屏的背光等。

（2）旋转编码器电路 
      旋转编码器属于一种特殊的按键，该项目使用的EC11旋转编码器有五个引脚，其中DE两个引脚类似于普通按键引脚，按下导通，松手断开，其余ABC三个引脚用于检测旋钮的转动方向，C脚为公共端，直接接地就行。

 在旋转编码器时，A和B两个信号引脚存在相位差，也就是有一个引脚信号变化后另一个引脚信号再跟着变化，即两个引脚不同时变化，通过检测哪个引脚先变就能判断是正转还是反转功能。
（3）LED灯指示电路
        LED指示电路设计比较简答，采用低电平驱动的方式，当单片机引脚输出为低电平时，LED两端存在电势差，LED点亮；当单片机引脚输出为高电平时，LED灯熄灭。

（4）按键输入检测电路
         除了旋转编码器外，该项目还使用了三个独立按键对系统进行控制，三个按键一侧直接接地，另一侧连接到单片机引脚，当单片机引脚检测到按键按下时，单片机引脚直接接到GND接地，单片机收到该引脚接地信号的反馈后再去实现对应的功能，为节约硬件成本，可以在软件设计时引入消抖功能，避免机械按键抖动时的误触发。

（5）其他电路
         除了示波器检测功能外，单独引出了一个PWM信号用于模拟一个简易的函数发生器功能，可以通过改变输出PWM的频率和占空比输出一个简易方波信号输出。