本文的绪论部分简要地介绍了传统示波器的现状，以及虚拟仪器的现状及发展前景。接下来对本设计的总体的规划和主要的芯片做了详细的介绍。后面的章节对各部分的功能和实现方法做了较为详细的说明。主要有以下的几方面:第一部分是模拟信号处理部分，介绍了AD电路以及之前的模拟信号的处理。第二部分是虚拟示波器的控制电路的介绍，这部分是整个虚拟仪器的重点和难点，这一部分主要是基于单片机来实现的。主要功能是控制数据采集的流程，包括数据的采集到数据的保存，触发逻辑的实现等几个部分。第三部分主要介绍了数据存储以及虚拟仪器与计算机通讯的接口。本文采用了USB的接口方式，在这部分中先对USB进行了一个简单的介绍，然后介绍了具体的硬件电路。

在整个虚拟示波器的设计中，本人的主要任务是设计仪器的硬件电路。本人结合“自顶向下”设计思想，按照系统的功能划分子系统结构，对系统进行规划设计。本论文的结构安排也是按照这样的流程进行的。 

本文的主要内容

本文的主要工作是设计一个基于USB接口的数字存储示波器的硬件电路，相当于一个高速数据采集系统，具有外置、体积小、无需外界电源、即插即用、便于携带的特点，采用USB接口传输数据给微型计算机来显示和处理波形，构成一个简单的虚拟数字存储示波器。主要内容有:

(1)虚拟数字存储示波器的硬件电路构建

数据采集系统的芯片选用；

硬件电路的设计；

电路板（PCB）设计。

(2)整个虚拟数字存储示波器系统的连接

虚拟示波器的技术指标

虚拟示波器实现双踪独立输入、独立显示；由正常触发和单次边沿触发等多种触发模式；具体的技术指标如下：

·模拟带宽：10MHz

·AD转换速率：20MHz

·垂直解析度：8bits

·存储深度：32K

·垂直端输入藕合：AC/DC

·接口：USB接口

第三章叙述的模拟信号调理电路和A/D采样电路是整个虚拟存储示波器的基础，本部分功能的实现与否，以及可靠性直接关系到整个示波器的功能的实现，因此这部分的设计非常关键。本部分电路充分考虑了作为一种测量仪器所面临的被测信号的不确定性、仪器所需要的精确性等，在前端电路增加了信号衰减电路，并由单片机程序控制自动调整衰减倍数，上位机也可以通过操作面板调整，保证了示波器的安全性与实用性。A/D转换电路采用芯片厂商推荐的典型电路，A/D转换数据的可靠性非常高，模拟信号输入到A/D转换芯片之前和A/D转换芯片的电压输入端都加了滤波电容，有效地滤去了可能存在的干扰信号，采用电位器调节信号，可以在硬件调试的时候，对输入的大小和幅度对照标准仪器进行必要的校对和调节，为后续电路的设计和示波器的正常工作奠定了较好的基础。

第五章叙述虚拟存储示波器的存储功能和接口模块，相对前面的采样电路来说，难度比较大，高速数据流要存入存储器中，DMA电路尤其重要。而DMA电路的控制，又与单片机系统是密切相关的。单片机通过读写信号对DMA电路发出必要的控制信号，控制信号通过通道控制电路的相关门电路，对DMA电路的芯片做出具体的控制，包括芯片的片选、总线的切换以及时钟信号的控制。总之，DMA电路的工作过程，实际上是整个虚拟存储示波器的数据采集存储工作过程的简单概括。这部分电路设计原理较为复杂，本文在参考其他相关的DMA电路的基础上，吸收了相关电路的优点，设计了本章的DMA电路，力求设计简单，控制电路时序简洁明了。由于时间仓促，以及本人的水平有限，此电路的准确性和可靠性没有来得及模拟仿真，这是本章的一大缺欠。USB接口电路相当麻烦，尤其是USB的控制软件等方面的相关协议，非常复杂，本文只负责硬件电路的设计，相关控制软件和操作面板，不是本文叙述的范围。USB接口芯片采用南京沁恒电子有限公司生产的USB接口芯片CH372，该芯片有两种通信模式，考虑到控制软件设计的工作两和虚拟示波器工作的需要，本文建议采用请求应答方式，该方式虽然数据传输速率相对要慢一点，但理论上时序控制相当好，示波器作为一种事实测量仪器，时序要求比较高，正好符合设计需求。同时采用了该公司推荐的硬件电路图设计，准确性和抗干扰性非常好，虚拟存储示波器的PCB电路板的设计和制作过程中，严格遵守相邻元器件相近的原则，尽量降低电路板的干扰。