摘要：為實現(xiàn)一個高采樣率，寬頻帶的便攜式數(shù)字存儲示波器，設計了以STM32為控制核心的數(shù)字示波器。硬件平臺主要采用了AD8260數(shù)字程控增益放大器作為前端信號調(diào)理電路，ADS830高速寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器和IDT7204高速緩存作為數(shù)字采集電路，以及信號波形采用了TFT彩屏顯示。另外，通過采用數(shù)字內(nèi)插的數(shù)字信號處理算法來重建和還原信號波形，進而改善了信號波形顯示細節(jié)。最后對研制樣品進行了實驗室測試，實驗結果表明硬件設計思路與軟件及算法的處理是正確的，性能參數(shù)達到設計要求，可以應用在工程實踐中。
關鍵詞：數(shù)字示波器；STM32；數(shù)字內(nèi)插

0 引言
隨著集成電路的發(fā)展和數(shù)字信號處理技術的采用，數(shù)字示波器已成為集顯示、測量、運算、分析、記錄等各種功能于一體的智能化測量儀器。數(shù)字示波器在性能上也逐漸超越模擬示波器，并有取而代之的趨勢。與模擬示波器相比，數(shù)字示波器不僅具有可存儲波形、體積小、功耗低，使用方便等優(yōu)點，而且還具有強大的信號實時處理分析功能。因此，數(shù)字示波器的使用越來越廣泛。目前我國國內(nèi)自主研發(fā)的高性能數(shù)字示波器還是比較少，廣泛使用的仍是國外產(chǎn)品。因此，有必要對高性能數(shù)字示波器進行廣泛和深入研究。本文通過采用高速高性能器件，設計了一實時采樣率為60 Msa／s的寬帶數(shù)字示波器。

1 數(shù)字示波器的性能參數(shù)設計
數(shù)字存儲示波器的指標很多，包括采樣率、帶寬、靈敏度、通道數(shù)、存儲容量、掃描時間和最大輸入電壓等。其中關鍵的技術指標主要有采樣率、垂直靈敏度(分辨率)、水平掃描速度(分辨率)。這幾項指標直接與所選A／D、FIFO和高速運放器件的性能，以及電路設計有關。下面根據(jù)所選器件的性能參數(shù)，合理地分析和確定示波器的采樣率和分辨率。
1．1 采樣率與水平掃描分辨率
采樣率主要取決于A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率，常用每秒取樣點數(shù)Sa／s(sample／second)來表示。本系統(tǒng)設計最高實時采樣率為60MSa／ s，若進一步提高采樣率可采用文獻提出的等效采樣技術，不過等效采樣技術的軟硬件和價格成本很高。為了使示波器具有較高的信號波形分析細節(jié)，采用數(shù)字內(nèi)插技術來恢復和重建信號波形。文獻中詳細論述了線性內(nèi)插和正弦內(nèi)插算法在示波器設計中的應用問題。因此，對這兩種內(nèi)插算法不再詳細論述，在本文設計中直接引用文獻中的研究成果。根據(jù)文獻研究結果，取信號每周期采樣點數(shù)為20，插值倍數(shù)為4。水平顯示像素點數(shù)為400個，共10格。水平掃速與采樣時鐘頻率的關系表如下。

1．2 垂直靈敏度
垂直分辨率的高低直接影響數(shù)字示波器對波形細節(jié)的顯示，垂直分辨率越高，則示波器上的信號波形細節(jié)越小，它取決于A／D轉(zhuǎn)換精度和TFT的顯示分辨率。本文設計中取最大采樣輸入電壓為2 Vpp，垂直刻度為8格，共256個像素點，因此垂直精度為0．25 V／格。共設計9個靈敏度檔位，每檔靈敏度與程控放大倍數(shù)的關系如表2所示。