本期中介绍的USB接口的数字存储示波器/频谱分析仪F-24U是一种新型、微型化、便携式的虚拟仪器，集数字存储示波器(DSO)、频谱分析仪(SA)于一身，包含视频、音频信号范围，配备了强大的数字信号处理软件，可以用来测量各种类型电信号、PAL视频信号、NTSC视频信号、计算机数字信号、单片机时序、声音、脉博、地震波、心电、脑电、电话等，也可以应用于电脑、电视机、VCD/CD机、音响等维修及各种工业测量场合。
F-24U除常用的信号测量和频谱分析功能以外，还可以借用现成的工具处理数据的高级应用，如捕捉测量中感兴趣的数据、启动EXCEL电子表格软件、导入包含通道数据的文本文件、生成图表等功能。
下面我们来探究一下F-24U的内部结构和原理。
硬件设计
FlashDSOXPUSB硬件原理框图如上图所示，主要包括信号调理器、信号采集器、数据传输模块、时钟发生器、中央处理器模块、USB通讯控制器等模块，本文重点介绍信号调理器、信号采集器和数据传输模块。
信号调理器
信号调理器模块将外部信号转换成信号采集器的输入信号，原理图如图2所示，包含耦合方式、程控衰减、阻抗变换、信号单极性变换等功能，程控衰减部分采用微型继电器控制，具有耐高压、无电阻及噪音干扰等优点。
上图中OP1高频放大器作为射极跟随器，提高输入阻抗，对ADC模数转换器提供信号缓冲作用，OP2、OP3组成加法器和反向器，输入Vout1变换为Vout2输出，Vout2=Vout1+Vref，当Vref=2.5V，-2.5V<Vout1<2.5V时，0V<Vout2<5V，完成信号单极性变换，作为采集模块的输入信号。
信号采集器
信号采集器将信号调理器输出的模拟信号通过ADC高速模数转换器，转换成数宇信号，同时将信号存入高速静态存储器中，原理图如下图所示，U1模数转换器将输入的信号转换成数字信号，通过U2可编程逻辑器件(CPLD)将数字信号数据写入U3静态存储器中，OP1过零比较器输出信号作为U2的TRIGER触发信号，U2的SO、S1、S2、S3四引脚作为系统时钟分频选择开关，提供11种分频系数)如上表所示，同时U2的TO、T1引脚作为信号触发模式选择开关，提供二种触发模式，如下表所示。
数据传输模块
数据传输模块主要是通过USB接口接收PC机测控软件命令控制相关模块，同时将采集的数据发回到PC机测控软件，原理图如下图所示，具体命令集如下表所示。
软件设计
FlashDSO测控软件采用多线程软件技术，软件流程图如下图所示，同时结合上表的命令集完成软件控制命令，系统启动时产生数据采集线程、数据分析线程、设备控制线程三个线程，线程间采用共享内存传输数据。
数据采集线程主要向FlashDSO硬件设备发送命令，将数据传输到PC机共享内存中，同时通知数据分析线程进行相应的处理；数据分析线程读取共享内在中的数据：同时根据数字存储示波器软件界面的菜单选项，通过幅频响应特性、相频响应特性、自相关分析特性、功率谱分析特性进行相应的处理；设备控制线程根据软件界面的选择菜单，设置采样频率、信号衰减、耦合方式、触发模式等。
F-24U(XP)频谱分析仪采用FFT算法实现，频率分辨率df=fS/N，其中，采样频率fs按采样定理确定，不能小于信号中最高频率成份的两倍；N为FFT变换长度，从计算效率、内存空间和屏幕显示点数综合考虑，通常取1024；频率分辨率df越小：频谱分析精度越高，增加采样长度N或减小采样频率都可以达到此目的。
