简易数字存储示波器设计与实现——全国大学生电子设计竞赛一等奖作品

"2001年全国大学生电子设计竞赛一等奖简易数字存储示波器" 简易数字存储示波器是一种常见的电子测量设备，常用于观察和分析电子信号的变化。在这个项目中，参赛团队来自国防科技大学电子科学与工程学院，他们设计了一个模块化的系统，将模拟信号转换为数字量，并通过一个普通的模拟示波器作为显示器来呈现信号。 系统设计采用了自顶向下的方法，将其分为四个主要部分：输入电路、触发电路、控制电路和输出电路。输入电路负责将外部的模拟信号转换为数字形式，以便后续处理。触发电路由高速比较器组成，它的作用是捕捉和同步信号，确保精确的采样。输出电路则包括电平提升电路和模拟开关，这些组件能够将数字信号转化为模拟信号，以适应模拟示波器的显示需求。 控制电路是系统的核心，设计者创新性地采用了单片机进行控制，以实现复杂的功能和友好的人机交互。单片机不仅负责处理所有的控制逻辑，还提供了一个液晶屏幕来显示当前的工作状态，包括扫描速度、垂直灵敏度和触发方式等信息，极大地提升了用户的操作体验。系统通过总线连接各个模块，提高了模块化程度和系统的可扩展性。 方案设计与论证部分，团队考虑了两个方案。第一种方案是用通用数字电路实现全部控制，但这种方法会导致控制电路过于复杂，不利于调试和扩展，而且人机交互体验不佳。因此，他们选择了第二种方案，即结合单片机，将控制按键集成到单片机最小系统的键盘上，同时利用液晶屏显示状态，使得系统更加紧凑、可靠，且用户界面直观友好。 在技术指标方面，示波器的垂直方向有固定数量的格，每个格对应一定的电压等级。设计要求能够达到特定的垂直分辨率和采样频率。为了满足这些要求，团队需要仔细计算和设计相应的电路参数，例如垂直分辨率与ADC（模拟-数字转换器）位数的关系，以及如何确保在高速采样下仍能准确地捕获和显示信号。 这个项目展示了在电子设计竞赛中如何利用现代微处理器技术和模拟电路设计出一款实用的简易数字存储示波器。通过合理的系统架构和巧妙的控制策略，参赛团队成功地克服了高速采样和复杂控制逻辑的挑战，实现了高性能和易用性的平衡。