自制低成本USB接口虚拟示波器.doc

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1、自制低成本USB接口虚拟示波器　　采用MICROChip公司的USB单片机PICl8F255O制作一个USB接口的虚拟示波器，PICl8F255O是一款采用纳瓦技术的28引脚高性能增强型闪存USB单片机，拥有32KB闪存，2I{BRAM，256字节EEPROM，3个外部中断，4个；芝时器模块(TimerO到Timer3)，2个捕捉/比较/PWM(CCP)模块，其USB接口兼容USBV2.0，支持低速(1.5Mbit/s)和全速(l2Mbit/s)数据传输，支持控制、中断、等时和批量数据传输模式，特别是内置有10路10位模数转换器，非常适合做简易虚拟示波器。 　　PlCl8F25

2、5O的数据手册可到www.microchip.com.cn下、载。　　本示波器与常见的示波器比较，最大的特点是可以定量地结出信号的各种参量，比如最大、最小值和频率等，无需使用者再去数格子，然后还要计算。当前市面上的USB接口虚拟示波器最便宜的也要1200元以上，而本示波的成本基本可以控制在100元左右，其中不包括示波器探棒，特别适合于学校教学实验以及无线电爱好者日常制作的需求，在学校教学中可以直联投影机，使全体学生都可以远距离看到信号波形的演示。　　性能指标　　这里介绍的示波器采样频率比并口示波器略高，同样支持直流獭量，可以定量测量信号，主要技术指标如下：　　采样频率：323.

3、53KHz、lOOkHz、50kHz,20kHz,10kHz,5kHz,2kHz,lkHz8挡可调，本机测量的信号频率应在70kHz以下。　　最高输入电压分两挡：±2.5V，±12.5V，如果接入10：1示波器探棒，最大输入电压可达±l25V。　　输入阻抗：1MΩ。　　供电电压：无需外部供电，直接从PC机的USB口取电。　　触发范围：0%一100%。　　接口：USB接口。　　下图所示分别为2.4576MHz晶振128分频后19.2kHz方波和50Hz　　市电显示情况：　　电路原理电原理图见下图，从图中可以看出电路的输入信号调理部分和信号转换部分与并口示波器相同，R1O、R11、

4、Rl2、Rl3、Rl4、Cl9、C20和C21构成输入交直流切换和衰减网络，提供交直流输入切换和1：1、1：5的输入信号切换功能；TLO74中的一个运放U1A和其周边元件构成一个跟随放大器，提供了输入保护和阻抗转换功能；TLO74中的另一个运放U1B构成一个正相放大器，提供-2.5V一+2.5V向0-2.5V的转换功能，同时依据实际操作的经验，取消了不实用的外触发部分，简化了电路。电路的主体部分以PICl8F255O为核心，PICl8F255O与周边电路共同构成了模数转换采样和USB接口部分，其中TL431和接在其阴极的200Ω电阻构成了一个2.5V电压基准，供单片机作为模数转

5、换和运放电平转换的电压基准。由于USB仅能提供5V电源，不能满足前两级运放的工作条件，为此采用一片34063构成了5V～一5V的转换电路供运放使用。　　制作调试读者可以根据自己能找到的外壳的实际情况参照电原理图自行设计印制电路板，下图（左）为笔者在单面PCB上安装完成的电路板，布局与并口示波器基本相同。下图(右）为使用工业标准外壳组装完成后的照片。　　插座用于接入标准示波器探头，也可以自制简易探头，下图中的探头就是笔者使用标准BNC插头加上一个从旧万用表笔中拆出的探针组装了一个探头，这样手持示波器即可对电路进行测量，图6为插头内部构造照片。　　左边的拨动开关用于直流、交流输入转

6、换，右边的拨动开关用于1：5衰减切换，右上侧为USB接口，图中的两个跳线主要是用于减小地线电阻，以减小干扰，不接也可。读者在制作过程中要注意尽量减少地线的长度，同时要注意输入信号的地线要与其他地线分开并一点接地。　　制作过程分三步，第一步安装好USB插座和DC-DC转换部分，在使用万用表确认USB接口的卜4脚间无短路的情况下(各类常见USB接口见下图，其中卜4脚不可接反，2-3脚如果接反，计算机会给出“不可识别的设备”提示)，将电路板接人计算机的USB口，这时在TLO74的4脚和11脚应该可以分别测到±4V-5V的电压，并且基本相等，如不等，可以通过调整R202的值使之相等。同

7、时测一下PICl8F255O的20脚也应有4V-5V的电压，以上电压随着计算机的不同而略有差别。第二步安装TLO74、电压基准TL431及其周边元件和输入网络，安装完成后接人计算机，在输入端接上1.5V的干电池，同时将交直流输人切换和1：5的输入信号切换开关拨向左侧，在TLO74的1脚应该可以测到与电池相等的电压，7脚可以测到约2V的电压。第三步将本期所附光盘中的USBOscilloscope.hex烧写进PICl8F255O，单片机程序可以采用icd2写入单片机。安装PICl8F255O及