摘要：本文针对目前测量任务中数字示波器设计存在的问题，提出了基于ARM 处理器为核心的一款具备频率值、幅度值、有效值和波形显示的数字示波器。
关键词：PXA270 LM317 ARM
中图分类号：TM935.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）11-0126-02
1 引言
台式数字示波器体积相对庞大，型号相对繁多，价格相对昂贵，并且携带到现场测试很不方便，不利于户外使用。基于嵌入式平台的便携式数字示波器由于兼具数字存储示波器和数字万用表的测量功能和技术特性，而且体积小、重量轻、功耗低，不仅可以满足室内外测试等应用场合，而且其友好的开发环境友可满足特定用户的个性化需求。另外，基于嵌入式平台的便携式数字示波器成本低廉，可在电子电工课程的培训教学中作为开发工具箱使用，帮助电子电工深入理解信号测量原理。嵌入式数字示波器是近年发展起来的一种实现数据及波形实时显示的智能终端设备。本设计实现了对三角波、方波、正弦波等中低频（20hz—200Khz）信号的采集和相关数据的运算，进而实现信号频率值、幅度、有效值等相关波形参数的自动测量，最终实现了参数的准确测量、以及自动识别波形并通过彩屏实时再现功能。
2 系统方案设计
2.1 系统总体硬件设计
以ARM微处理器为核心，通过内部定时器采集外部信号，从而测量出频率值。一路信号流经衰减电路，经过CPU 的I/O控制到A/D所允许采集输入信号值后，进而通过A/D采集其电压值，从而获得信号峰峰值，并重现在屏上。如图1所示
2.1.1 微处理器设计
采用基于Intel XScale架构的PXA270处理器，该处理器集成了存储单元控制器、时钟和电源控制器、DMA控制器、LCD控制器、AC97控制器、I2S控制器、快速红外线通信（FIR）控制器等外围控制器，可以实现丰富的外围接口功能。并能提供最大416Mbit的数据传输速率，主频高达500MHZ。内部构造如图2所示。
2.1.2 A/D转换器选择
采用ARM Cortex-M3内部A/D功能，采样信号电压范围为0至3.3V，并配合DMA控制，经实际电路调试，满足设计要求。
2.1.3 放大器的选择
采用选用了LM318高速单运算放大器，宽为15MHz，转换速率为50V/us Min。LM 318运算放大器是美国国家半导体公司生产的通用型运放系列中速度最快的器件。与其它种类的通用型运放相比具有电压转换速率高、频带宽、输出动态范围大、较完善的保护电路等突出优点。适合于在脉冲信号放大器、宽带放大器、中频放大器、宽频带信号发生器、快速A/D转换器.如图3所示。
2.1.4 参考电压电路
此电路通过TL431[11]产生2.5V的电压，再经过由OP07[10]构成的反向放大电路进行降压为-1.67V，将此电压送给抬压电路。如图4所示。
2.1.5 系统电源电路
系统电源包括数字和模拟两部分，电路设计时将数字部分和模拟部分分开，采用独立的稳压电路，并用滤波器进行隔离，数字部分需+3.3V电源。LM317是三端可调稳压集成电路，输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。电路设计如图5所示。
2.2 系统软件设计
主程序流程图如图6所示。
3 波形测试
以函数信号发生器产生频率2Khz，幅值为0.99V方波为例，信号分析仪自动测试结果如下图7所示，结果显示为频率FR=1000hz，峰峰值pp=1.99912V，有效值为RM=0.98388V的方波（SQU），完成了对方自动识别与测量。
4 结语
本文介绍了基于ARM微处理器而设计的便携式数字示波器，完成三角波、方波、正弦波波形的自动识别，峰峰值、有效值、频率自动测量，结构简单，设计灵活，性能优异，通用性强。
参考文献
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[2]丁昊，宋杰，关键.基于TFT彩屏液晶的便携数字存储示波器[J].现代电子技术，2010，33（18）.
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[4]刘祖刚，模拟电路分析与设计基础1M2.北京： 机械工业出版社，2007.
[5]Datasheet.，LM318 数据手册.
