課程設計報告----通用示波器顯示字符

1、<p>　　課 程 設 計 報 告</p><p>　　題 目: 通用示波器顯示字符 </p><p>　　學 院: </p><p>　　班 級: </p><p>　　學生（學號）: </p>

2、<p>　　學生（學號）: </p><p>　　日期: 2011 年 1 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　陰極射線示波管是示波器的核心部件，它的內(nèi)部有兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板，稱為偏轉(zhuǎn)板和偏轉(zhuǎn)板。當偏轉(zhuǎn)板之間加電壓時，電子束在熒光屏上作水平方向移動，移動的距離和成正比

3、。當偏轉(zhuǎn)板之間加電壓時，電子束在熒光屏上作垂直方向移動，移動的距離與成正比。如果兩個偏轉(zhuǎn)板同時加電壓，其中為與時間t成正比的線性電壓（通常為鋸齒波電壓），為被觀測的信號電壓，則熒光屏上將顯示以X-Y為坐標的波形即被測信號的波形。當鋸齒波電壓（又稱掃描電壓）的周期是被測信號的周期的整數(shù)倍N時，顯示屏上將顯示N個完整的波形。示波器的這一顯示原理是示波器顯示波形或字符的基礎(chǔ)。</p><p>　　數(shù)字存儲示波器波形顯示

4、的基本原理：先用轉(zhuǎn)換器將被測量信號數(shù)字化，并寫入數(shù)字存儲器，在需要顯示時，再從存儲器讀出，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器還原成模擬信號，送到示波管的偏轉(zhuǎn)板。</p><p>　　綜合以上兩種示波器的顯示原理，我們可以實現(xiàn)以下通用示波器顯示字符的功能：首先將要顯示的字符人工轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，依次寫入ROM的連續(xù)地址中。再通過計數(shù)器產(chǎn)生相應的地址，讀出這些數(shù)字量，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸入通用示波器，就能在顯示屏上顯示出設定好的字符。<

5、;/p><p>　　關(guān)鍵詞： 字符 數(shù)字化 ROM讀寫 D/A轉(zhuǎn)換 通用示波器 顯示字符</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、課程設計目的3</p><p>　　二、設計任務與要求3</p><p>　　三、方案

6、設計與論證3</p><p>　　四、單元電路設計與參數(shù)計算10</p><p>　　五、電路的安裝與調(diào)試12</p><p>　　六、遇到問題的解決方法14</p><p>　　七、結(jié)論與心得14</p><p><b>　　八、參考文獻15</b></p><p

7、><b>　　通用示波器顯示字符</b></p><p><b>　　課程設計目的</b></p><p>　　掌握了解集成電路DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握D/A轉(zhuǎn)換器的基本應用及濾除毛刺的措施；學會通用示波器上顯示字符的電路設計方法；了解數(shù)字存儲示波器的基本組成及其特點。</p><p><b&g

8、t;　　二、設計任務與要求</b></p><p>　　1、任務：設計在通用示波器上顯示漢字的控制電路。</p><p><b>　　2、要求和指標：</b></p><p>　?。?）使用示波器的X-Y方式顯示漢字字符；</p><p>　?。?）兩個內(nèi)容：0~9H數(shù)字字母、一句唐詩，內(nèi)容自選；</p

9、><p>　　（3）人眼不易覺察閃爍；</p><p>　?。?）分為兩行顯示方式---用按鍵選擇。</p><p><b>　　三、方案設計與論證</b></p><p>　　課程設計要求設計在通用示波器上顯示數(shù)字和漢字的實驗電路圖，結(jié)合數(shù)字存儲示波器的顯示原理：我們首先應該將要顯示的字符人工轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，依次寫入ROM的

10、連續(xù)地址中。再通過計數(shù)器產(chǎn)生相應的地址，讀出這些數(shù)字量，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸入通用示波器，就能在顯示屏上顯示出設定好的字符。</p><p>　　以下是我們的三種電路方案：</p><p>　　方案一：使用一片EPROM交替存儲和</p><p><b>　　電路的組成框圖</b></p><p>　　分析表明，我們

11、的電路既要具有存儲字符的功能，又要有轉(zhuǎn)換功能。由此得到電路的組成框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1系統(tǒng)組成框圖</b></p><p>　　其中，字符存儲器的作用是存儲所要顯示字符的代碼，可以采用EPROM存儲器。例如顯示字符“0”，字符代碼形成過程如圖2： </p><p>　　圖2 字符“0”的代碼生成</p>

12、<p>　　存儲單元中的代碼如圖3：</p><p>　　圖3 ROM中存儲的代碼</p><p><b>　　字符顯示電路設計</b></p><p><b>　　字符存儲控制電路</b></p><p>　　字符控制電路如圖4所示：其中EPROM存儲要顯示的字符代碼，從000地址開始

13、寫入數(shù)字字符，從100地址開始寫入漢字字符，有效字符占低八位；ROM的的單元存儲的代碼，的單元存儲的代碼；四片74LS161芯片級聯(lián)成M計數(shù)器，共16位，其中低8位接入ROM低八位，提供讀取數(shù)據(jù)的地址；計數(shù)器最高兩位、接入ROM的、，使低位的有效數(shù)據(jù)能多次掃描，增加字符顯示的延遲時間；、接地；另外加入了控制位和相應的轉(zhuǎn)換電路，當為0時輸出數(shù)字，并交替顯示，為1時、輸入為0，從100地址開始讀取漢字字符并顯示。</p>&l

14、t;p>　　圖4 字符存儲控制電路</p><p><b>　　(2) 轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換電路的作用是將存儲器中輸出的代碼轉(zhuǎn)換成示波器的、放大器所需要的模擬量，如圖5所示：由兩片DAC0832芯片構(gòu)成，ROM的輸出接入轉(zhuǎn)換器的輸入；同時用選通轉(zhuǎn)換器，當時，接Y放大器的轉(zhuǎn)換器選通，向示波器輸入的模擬量，當時，接放大器的轉(zhuǎn)換器，想示波器輸入的

15、模擬量；放大器的作用是將轉(zhuǎn)換得到的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；如果信號直流失調(diào)或者毛刺嚴重，應該再接一級濾波電路；為了使屏上得到穩(wěn)定的波形，低位地址計數(shù)器的輸入脈沖不能很高，因為受到DAC0832轉(zhuǎn)換速率的限制，但是也不能太低，否則字符將不能連續(xù)顯示。</p><p><b>　　圖5轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　方案二 使用兩片EPROM分別連續(xù)存儲代碼<

16、/p><p>　　由于方案一中控制電路部分通過74LS161計數(shù)器的最低位來控制兩片DAC0832的片選段信號，來交替的選通兩片DAC0832，并交替的輸出某一點的坐標值。但是，經(jīng)過我們長達一天半時間的調(diào)試，該方案的顯示效果非常不佳。為了盡量減少復雜電路帶來的干擾，我們選擇了一種較為簡捷但直觀而保險的方案：將圖上要顯示點的坐標分別對應存入兩片EPROM，利用計數(shù)器的計數(shù)值掃描EPROM中的坐標，通過有控制的電路輸出對

17、應點。計數(shù)器電路部分，轉(zhuǎn)換電路基本相同，這里不再贅述。</p><p><b>　　EPROM存儲結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　這里我們將坐標分開放置，但是對應的屏幕上的筆畫，其坐標必須一一對應。EPROM中為了使每個字符都能占滿八位的地址，以便在一個計數(shù)器的循環(huán)周期內(nèi)能夠顯示該字符，并且有利于控制字符之間的轉(zhuǎn)換，我們采用了部分筆畫重復寫的技巧。以下是兩片EPRO

18、M中的部分內(nèi)容：</p><p><b>　　圖6坐標存儲代碼</b></p><p><b>　　圖7坐標存儲代碼</b></p><p><b>　　字符存儲控制電路</b></p><p>　　電路結(jié)構(gòu)與方案已基本一致，僅僅在74LS161里又引出地址線到第二片EPROM

19、。</p><p>　　方案二的字符存儲控制電路如下所示：</p><p>　　圖8方案二—字符存儲控制電路</p><p>　　方案三：利用增輝脈沖</p><p>　　方案一和方案二都是利用李沙育圖形法將字符的代碼轉(zhuǎn)換成X、Y的電壓信號。如果使用比較原始的模擬示波器，我們還可以采用增輝的方法顯示字符：在X、Y偏轉(zhuǎn)上板分別加上不同頻率的鋸齒

20、波，使屏上出現(xiàn)點陣。再利用Z軸的增輝脈沖，使其在顯示字符的對應點上增輝。</p><p>　　三種方案的總體比較：</p><p>　　（1）、方案一中控制電路部分通過74LS161計數(shù)器的最低位來控制兩片DAC0832的片選段信號，來交替的選通兩片DAC0832，并交替的輸出某一點的坐標值。電路較為復雜，很可能會導致選通時序的不一致。</p><p>　?。?）、

21、方案二X和Y的代碼分別存儲在兩個ROM中，不需要提供片選信號，這樣可以減少出錯的幾率，缺點只有寫入代碼稍微有點麻煩；</p><p>　?。?）、方案三要用到模擬示波器，操作和調(diào)整的過程相對比較難。</p><p>　　綜合以上三方面以及實際的測試，我們最終決定采用方案二來穩(wěn)定地實現(xiàn)實驗所要求的設計。</p><p>　　四、單元電路設計與參數(shù)計算</p>

22、;<p>　　(1)計數(shù)器單元電路</p><p>　　由于我們寫ROM的規(guī)則為每256個地址寫一個字符，所以取這些字符的地址需要計數(shù)器低8位。同時，為了使每個字符的顯示時間有一定的駐留，需要多次重復取某個字符，所以還需要計數(shù)器有更高的位來實現(xiàn)控制。于是，我們使用四片74LS161芯片級聯(lián)成為一個計數(shù)器，如圖：</p><p>　　圖9 計數(shù)器單元電路</p>

23、<p>　　（2）存儲單元電路和數(shù)字/漢字切換控制單元</p><p>　　計數(shù)器的低8位接ROM地址段地八位，作為取字符代碼的地址；最高的兩位接ROM的、，使在顯示數(shù)字時每個數(shù)字有一定的延時；當顯示漢字時，我們需要、接0，故設計了一個由兩個與門組成的切換控制單元：當為0時輸出數(shù)字，并交替顯示，為1時、輸入為0，從100地址開始讀取漢字字符并顯示。</p><p>　　圖10 存

24、儲單元電路和數(shù)字/漢字切換控制單元</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)換單元</b></p><p>　　兩個ROM的輸出分別接入各自的轉(zhuǎn)換器，完成轉(zhuǎn)換，得到電流信號。值得注意的是DAC0832的一些引腳的解法：、一定要接高電平；、一定要接地。</p><p><b>　　圖11 轉(zhuǎn)換單元</b></p>

25、<p><b>　?。?）放大器單元</b></p><p>　　放大器單元是將轉(zhuǎn)換得到的電流信號轉(zhuǎn)換成為電壓信號，即示波器能識別的信號。要注意放大器的同相端要接地，輸出端反饋至轉(zhuǎn)換器的。</p><p><b>　　圖12 放大器單元</b></p><p><b>　?。?）濾波單元</b&g

26、t;</p><p>　　如果信號直流失調(diào)或者毛刺嚴重，應該再接一級由放大器構(gòu)成的濾波電路。</p><p>　　五、電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1、電路的安裝與檢查</p><p>　　在電路完成設計后，接下來面臨的問題就是如何快速有效的進行電路的安裝。而為了更好的完成這一任務，我們嚴格按照各個元器件的引腳圖、設計電路圖和原理圖進

27、行線路的連接，并為后續(xù)實驗打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　在線路檢查環(huán)節(jié)，我們從以下一個方面著手：</p><p>　?。?）檢查電路連線是否正確</p><p>　　為了避免連線的失誤對結(jié)果的影響，我們在線路連接完成后分別按照設計電路圖以及實際線路來對照原理電路兩個方面對電路連線進行了全面的檢查，排除包括錯線（連線一端正確，另一端錯誤）、少線（安裝時完全漏掉

28、的線）和多線（連線的兩端在電路圖上都是不存在的）等在內(nèi)的各種問題。</p><p>　?。?）元、器件安裝情況</p><p>　　在完成對電路連線的檢查后，我們又進行了元器件安裝情況的再次檢查，包括：檢查元、器件引腳之間有無短路；連接處有無接觸不良；二極管、三極管、集成器件和電解電容極性等。</p><p>　?。?）電源供電與信號源連線</p>&

29、lt;p>　　檢查電源供電（包括極性）、信號源連線是否正確。</p><p>　?。?）電源端對地（┸）是否存在短路</p><p>　　在通電前，斷開一根電源線，用萬用表檢查電源端對地（┸）是否存在短路。</p><p>　　若電路經(jīng)過上述檢查，并確認無誤后，就可轉(zhuǎn)入調(diào)試。</p><p><b>　　2、調(diào)試方法</

30、b></p><p><b>　?。?）通電觀察</b></p><p>　　觀察有無異常現(xiàn)象：有無冒煙，異常氣味，元器件是否發(fā)燙，電源是否有短路等。如有以上情況，需及時斷開電源，然后查找出現(xiàn)問題的元器件，然后逐一對照引腳圖進行線路問題的排查。</p><p><b>　　（2）靜態(tài)調(diào)試</b></p>

31、<p>　　a) 靜態(tài)測試模擬電路的靜態(tài)的工作點；</p><p>　　b) 數(shù)字電路的各輸入端和輸出端的高、低電平值及邏輯關(guān)系。</p><p><b>　?。?）動態(tài)調(diào)試</b></p><p>　　a）在電路的輸入端接入適當頻率和幅值的信號。首先用函數(shù)信號發(fā)生器，輸入高于50Hz的方波信號，觀察示波器顯示圖形的快慢，然后調(diào)節(jié)函

32、數(shù)信號發(fā)生器選擇最合適的輸入頻率。</p><p>　　b) 循著信號的流向逐級檢測各有關(guān)點的波形、參數(shù)和性能指標。</p><p>　　c) 發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，縮小故障范圍；</p><p>　　d) 設法排除故障。</p><p><b>　　遇到問題的解決方法</b></p><p>　　方案一

33、進行第一次調(diào)試時，示波器并沒有按照預計的那樣顯示出字符，我們便利用實驗板上的二極管小燈，降低頻率，從計數(shù)器開始，到ROM輸出，逐步測試地址線和數(shù)據(jù)線的輸出值。檢測結(jié)果計數(shù)器正常功能工作，而EPROM的數(shù)據(jù)輸出卻不是我們寫在芯片中的值，我們想到可能是EPROM的接法不正確造成的，我們將EPROM2864取出，在另一塊電路板上進行連接，發(fā)現(xiàn)輸出值正常。</p><p>　　這說明很有可能是運放出了問題，我們將運算放大

34、器和DAC0832取出，直接使用兩片74LS161計數(shù)輸出到DAC0832并經(jīng)運算放大器LM324轉(zhuǎn)換為模擬值輸出到示波器。顯示為正常的階梯波，說明運放也沒有問題。</p><p>　　這時候我們將目光集中至控制電路的片選信號上，控制電路可能會導致兩片DAC0832不再是同步的，由于這時候電路相當?shù)膹碗s，我們放棄了該方案，使用方案二</p><p>　　方案二中，顯示的“口”字非常的粗糙，

35、筆畫很不清晰。通過詢問老師，老師告訴我們是接地那里出了問題，將接地重新接地址后，顯示效果明顯變好了。</p><p><b>　　結(jié)論與心得</b></p><p>　　此次課程設計，我們沒有避重就輕，毅然選擇了大家不愿意選擇的題目。培養(yǎng)了我們綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題的能力，是鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),也是對我實際工作能力的具體訓練和考察過程。&

36、lt;/p><p>　　回顧起此通用示波器顯示字符的課程設計，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到做出設計方案，從理論到實踐，從一張圖紙到真正實現(xiàn)，在這三天的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西。不僅可以鞏固以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。</p><p>　　在設計過程中遇到了很多問題，可以說是困難重重。往往理論上能夠?qū)崿F(xiàn)的東西在實踐中點得不到正確的

37、結(jié)論，需要不斷改進方案，使我們的方法更加簡便可靠。這次課程設計使我懂得理論與實踐之間的差距，在實際應用中，只有理論知識是遠遠不夠的，需要將理論同實踐、經(jīng)驗等相結(jié)合才能得出正確的結(jié)論。同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己知識的很多漏洞，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說觸發(fā)器的運用還是不怎么熟識，對ROM器件的邏輯功能還是不怎么了解等。看到了自己基礎(chǔ)知識還是不夠扎實，實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力

38、還有待提高。經(jīng)過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識基礎(chǔ)打牢。在這個過程中，曾因理論的失敗而失落，曾因仿真的成功而欣喜，也曾因連接電路的繁瑣而煩躁，，汗水預示著結(jié)果也見證了收獲。雖然這只是一次的較簡單的課程設計，可是也耗費了我們不少的心血。</p><p>　　通過這次的課程設計，知識上的不但有了重要收獲，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一

39、座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我大學旅途上一個非常美好的回憶！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 謝自美.電子線路設計實驗測試[M] .華中科技大學出版社，2006</p><p>　　[2] 岳怡. 數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)[M] .西北工業(yè)大學出

40、版社， 2004</p><p>　　附件：總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p><b>　　2．元件清單</b></p><p><b>　　3．實驗結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖