數(shù)字存儲(chǔ)示波器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)論文</b></p><p>　　題 目 數(shù)字存儲(chǔ)示波器</p><p>　　系 別 航空電子電氣工程系</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器是隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新型智能化示波器，已經(jīng)成

2、為電子測(cè)量領(lǐng)域的基礎(chǔ)測(cè)試儀器。其技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，該技術(shù)可以應(yīng)用于更廣泛的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中，具有深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　本文介紹了數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本概念及原理，描述設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的基于單片機(jī)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器的硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并通過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了其功能和主要技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　其硬件部分主要由單片機(jī)系統(tǒng)、輸入調(diào)理電路、ADC轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、按鍵和液晶顯示組成。實(shí)現(xiàn)過(guò)

3、程是以AT89S52 單片機(jī)為控制中心、62256為存儲(chǔ)器，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)時(shí)采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的提取，并進(jìn)行數(shù)字化的存儲(chǔ)，顯示及相應(yīng)的按鍵功能。</p><p>　　軟件部分由主程序和子程序模塊組成，主要實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)及對(duì)采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，頻率及幅值的計(jì)算，按鍵及液晶屏的控制。程序是在keil uVision的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中用C語(yǔ)言寫成，模塊化的編程使得程序具有可讀性和易于維護(hù)的特點(diǎn)。</p&g

4、t;<p>　　最后，用protel 99SE設(shè)計(jì)并制作了數(shù)字示波器的印制電路板PCB。并完成了樣機(jī)的制作和調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)室里，進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字存儲(chǔ)示波器，單片機(jī)，ADC轉(zhuǎn)換器，存儲(chǔ)器，顯示</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Digita

5、l storage oscilloscope is a digital integrated circuit technology with the emergence of a new intelligent oscilloscope, has become the basis for the field of electronic measurement test equipment. The technology is based

6、 on data collection, the technology can be applied to a wider range of data acquisition products, has far-reaching significance.</p><p>　　This paper introduces the digital storage oscilloscope basic concept

7、and principle, describe the design of a simple microcontroller-based digital storage oscilloscope hardware and software implementation process, and achieved through the commissioning function and the main technical indic

8、ators.</p><p>　　The hardware is composed of MCU system, input conditioning circuitry, ADC converter, memory, keypad and LCD display component. AT89S52 MCU implementation process is the control center, 62256

9、for the memory, through the ADC, real-time sampling to achieve the extraction of the input signal and for digital storage, display and the corresponding key function.</p><p>　　Software in part by the main pr

10、ogram and subroutine modules, the main achievement of the A / D converter start and the sampling data storage, frequency and amplitude of the calculation, the control buttons and LCD screen. Program is in keil uVision in

11、tegrated development environment written using C language, modular programming makes the program readable and easy to maintain.</p><p>　　Finally, protel 99SE digital oscilloscope designed and produced printe

12、d circuit board PCB. And completed the prototype of the production and debugging. In the laboratory, tested, results showed the system to meet the design requirements.</p><p>　　KEY WORDS:Digital storage osci

13、lloscope, MCU, ADC converter,memory,Display</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1選題的背景意義和研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1選題的背景和意義1</p&

14、gt;<p>　　1.1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求2</p><p>　　1.2.1設(shè)計(jì)的基本要求2</p><p>　　1.2.2課題的具體工作內(nèi)容3</p><p>　　1.2.3論文的結(jié)構(gòu)安排3</p><p>　　2 數(shù)字示波器的基本原理5<

15、/p><p>　　2.1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理5</p><p>　　2.2系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)9</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的控制10</p><p>　　2.2.2輸入模擬信號(hào)的處理10</p><p>　　2.2.3數(shù)字信號(hào)的采集與存儲(chǔ)11</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的

16、設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1單片機(jī)及其外圍電路13</p><p>　　3.2信號(hào)輸入電路單元14</p><p>　　3.2.1輸入調(diào)理電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.2阻抗變換電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.2.3電平移位電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　

17、3.2.4頻率計(jì)算電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路20</p><p>　　3.3.1ADC芯片的選取20</p><p>　　3.3.2AD轉(zhuǎn)換電路的硬件設(shè)計(jì)24</p><p>　　3.4存儲(chǔ)單元電路25</p><p>　　3.4.1存儲(chǔ)芯片的選取25</p>&

18、lt;p>　　3.4.2存儲(chǔ)單元硬件電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.5按鍵控制電路26</p><p>　　3.6液晶顯示接口電路28</p><p>　　4 系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.2主程序設(shè)計(jì)及流程圖31</p><p>　　4.3頻率及幅值計(jì)算子程序設(shè)計(jì)32<

19、/p><p>　　4.3.1頻率計(jì)算的原理及程序流程圖32</p><p>　　4.3.2幅值計(jì)算的原理及程序流程圖33</p><p>　　4.4按鍵子程序34</p><p>　　4.5顯示子程序35</p><p>　　5 存儲(chǔ)示波器的制作與調(diào)試37</p><p>　　5.1調(diào)試和

20、測(cè)試所用的儀器37</p><p>　　5.2樣機(jī)的制作與調(diào)試37</p><p>　　5.2.1PCB設(shè)計(jì)軟件37</p><p>　　5.2.2調(diào)試39</p><p>　　5.3測(cè)試與結(jié)果分析40</p><p>　　5.3.1測(cè)試方案及方法40</p><p>　　5.3.2

21、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄41</p><p>　　5.3.3測(cè)試結(jié)果分析42</p><p>　　6 結(jié)論和展望43</p><p><b>　　6.2結(jié)論43</b></p><p><b>　　6.2展望43</b></p><p><b>　　致 謝44&l

22、t;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　附錄：46</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1選題的背景意義和研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1選題的

23、背景和意義</p><p>　　1909年的諾貝爾物理獎(jiǎng)得主Karl Ferdinand Braun于1897年發(fā)明世界上第一臺(tái)陰極射線管示波器，至今許多德國(guó)人仍稱CRT為布朗管(Braun Tube)。 根據(jù)IEEE的文獻(xiàn)記載1972年英國(guó)的Nicolet公司發(fā)明了第一臺(tái)的數(shù)字示波器(DSO)，到1996年惠普科技(安捷倫科技前身)發(fā)明了全球第一臺(tái)混合信號(hào)示波器(MSO)，數(shù)字示波器自上個(gè)世紀(jì)七十年代誕生以來(lái)，

24、其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為測(cè)試工程師必備的工具之一。時(shí)間到了21世紀(jì)這是一個(gè)科學(xué)和技術(shù)都在飛速發(fā)展的時(shí)代，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展,電子測(cè)量?jī)x器也有了巨大的發(fā)展。數(shù)字式示波器就以其存儲(chǔ)波形及多種信號(hào)分析、計(jì)算、處理等優(yōu)良的性能從而逐步取代模擬示波器。用數(shù)字示波器能完成對(duì)信號(hào)的一次性采集，把波形存儲(chǔ)起來(lái)，還可以通過(guò)移位操作觀察波形的任何一部分等等。</p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器是

25、隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新型智能化示波器，己經(jīng)成為電子測(cè)量領(lǐng)域的基礎(chǔ)測(cè)試儀器。隨著新技術(shù)、新器件的發(fā)展，它正在向?qū)拵Щ?、模塊化、多功能和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。數(shù)字存儲(chǔ)示波器的優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)高帶寬及強(qiáng)大的分析功能。現(xiàn)在高端數(shù)字存儲(chǔ)示波器的實(shí)時(shí)帶寬已達(dá)到20GHz，可以廣泛應(yīng)用于各種千兆以太網(wǎng)、光通訊等測(cè)試領(lǐng)域。而低端數(shù)字存儲(chǔ)示波器幾乎可以應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的通用測(cè)試，同時(shí)可廣泛應(yīng)用于高校及職業(yè)學(xué)校的教學(xué)，為社會(huì)培養(yǎng)眾多的后備人才

26、。數(shù)字存儲(chǔ)示波器的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，其設(shè)計(jì)技術(shù)可以應(yīng)用于更廣泛的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中，具有深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　為了鞏固大學(xué)3年來(lái)所學(xué)的知識(shí)，將課本上的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，而且能掌握和了解本專業(yè)的儀器測(cè)量這塊的先進(jìn)發(fā)展趨勢(shì)，我選擇了簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器這個(gè)題目作為的大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。</p><p>　　1.1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　自從19

27、72年世界上第一臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO，又稱數(shù)字示波器)問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。1986年以前為DSO發(fā)展的初期階段，當(dāng)時(shí)的取樣率較低，一般不超過(guò)50MSa/s，帶寬在20MHz以下，結(jié)構(gòu)形式以數(shù)字存儲(chǔ)加傳統(tǒng)模擬示波器二合一的組合式為主，功能少，性能低。主要代表性產(chǎn)品有美國(guó)哥德(Gould)公司生產(chǎn)的4035，HP公司生產(chǎn)的HP54200。1986年--1994年，伴隨高速ADC和高速RAM的迅速發(fā)展，DSO的發(fā)展也進(jìn)入了快車道

28、，取樣率達(dá)到了4GSa/s，記錄長(zhǎng)度超過(guò)32K。每年各示波器生產(chǎn)廠商都推出新的型號(hào)，技術(shù)上開(kāi)始走向成熟。1989年，HP公司率先停止了模擬示波器的生產(chǎn)，專心培育數(shù)字示波器市場(chǎng)。到1993年，DSO的銷售額就超過(guò)了傳統(tǒng)模擬示波器，使持續(xù)將近半個(gè)世紀(jì)的模擬示波器市場(chǎng)發(fā)生動(dòng)搖。1995年以后，DSO在技術(shù)上己經(jīng)成熟，帶寬在100MHz以上，DSO已經(jīng)完全取代了模擬示波器。2004年10月，AGILENT公司推出了具震撼性的DS081304A數(shù)

29、字存儲(chǔ)示波器，帶寬3GHz，上升時(shí)間23ps，最高采樣率40GHz。這時(shí)，除了繼續(xù)提高取樣率(最高達(dá)40GSa/</p><p>　　目前，100MHz數(shù)字存儲(chǔ)示波器的代表性產(chǎn)品，國(guó)外的主要有Agilent公司的5000系列，Tektronix公司的TDSl000、TDS2000系列。國(guó)內(nèi)DSO的研制工作起步較晚，第一臺(tái)DSO于1993年在電子部41研究所研制成功，但是起步水平較高，最先推出的是取樣率為40MSa

30、/s，帶寬分別為750MHz和800MHz的兩個(gè)型號(hào)產(chǎn)品。到96年就把帶寬提高到了1GHz。98年把取樣率提高到1GSa/s。研制中的100MHz帶寬的深存儲(chǔ)型DSO已經(jīng)取得了階段性成果。目前主要的生產(chǎn)廠家是美國(guó)安捷倫公司、泰克公司、力科公司、臺(tái)灣的固緯公司、國(guó)內(nèi)的中國(guó)電子科技集團(tuán)第41研究所和北京普源精電公司等。</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p><p>　　1.2.1

31、設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　1.要求儀器的輸入阻抗大于100K?。</p><p>　　2.要求設(shè)置0.6ms/div、1.2ms/div二檔掃描速度，誤差≦10%。</p><p>　　3.要求設(shè)置0.5V/div、0.75V/div二擋垂直靈敏度，誤差≦10%。</p><p>　　4.儀器的頻率范圍為DC~10kHz，觸發(fā)方式采

32、用內(nèi)觸發(fā)。</p><p>　　5.觀測(cè)波形無(wú)明顯失真。</p><p>　　1.2.2課題的具體工作內(nèi)容</p><p><b>　　1.原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　?。?）輸入信號(hào)：0～5V、頻率（0～1KHz）。</p><p>　?。?）存儲(chǔ)深度320B。</p>&

33、lt;p><b>　　2.技術(shù)要求：</b></p><p>　?。?）測(cè)量準(zhǔn)確度：±10%</p><p>　?。?）點(diǎn)陣式液晶顯示 </p><p><b>　　3.工作要求：</b></p><p>　　（1）組建基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字示波器的總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖1-3所示

34、；</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度要求，通過(guò)理論分析和計(jì)算選擇電路參數(shù)；</p><p>　?。?）根據(jù)操作功能要求，確定鍵盤控制功能；</p><p>　?。?）按設(shè)計(jì)要求確定顯示位數(shù)、指示類型和單位；</p><p>　?。?）采用C語(yǔ)言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過(guò)；</p><p>　?。?）對(duì)系統(tǒng)

35、進(jìn)行測(cè)試和結(jié)果分析；</p><p><b>　?。?）撰寫論文。</b></p><p>　　圖1-3系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　1.2.3論文的結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　1 前言，2 示波器的基本原理，3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，4 系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計(jì)，5 存儲(chǔ)示波器的制作與調(diào)試，6 結(jié)論與展望。</p

36、><p>　　2 數(shù)字示波器的基本原理</p><p>　　2.1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理</p><p>　　1.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理</p><p>　　一個(gè)典型的數(shù)字示波器原理框圖如圖2-1所示，它又分實(shí)時(shí)和存儲(chǔ)兩種工作模式，當(dāng)處于實(shí)時(shí)工作模式時(shí)，其電路組成原理和一般模擬示波器是一樣的。當(dāng)處于存儲(chǔ)工作模式時(shí)，它的工作過(guò)程一般分為存儲(chǔ)和顯

37、示兩個(gè)階段，在存儲(chǔ)工作階段，模擬輸入信號(hào)先經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆糯蠡蛩p，然后經(jīng)過(guò)取樣和量化兩個(gè)過(guò)程的數(shù)字化處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信號(hào)，最后，數(shù)字化信號(hào)在邏輯控制電路的控制下一次寫入到RAM中。</p><p>　　圖2-1數(shù)字示波器原理框圖</p><p>　　上述取樣是獲得模擬輸入信號(hào)的離散值，而量化則是每個(gè)取樣的離散值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字。且取樣,量化及寫入過(guò)程都是在同一時(shí)鐘頻

38、率下進(jìn)行的。在顯示工作階段，將數(shù)字信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出來(lái)，并經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。與此同時(shí)，CPU的讀地址計(jì)數(shù)脈沖加之DA轉(zhuǎn)換器，得到一個(gè)階梯波的掃描電壓，加到水平放大器放大，驅(qū)動(dòng)CRT的X偏轉(zhuǎn)板，從而實(shí)現(xiàn)在CRT上以稠密的光點(diǎn)包絡(luò)重現(xiàn)模擬信號(hào)。</p><p>　　顯示屏上顯示的每個(gè)點(diǎn)都表示數(shù)字存儲(chǔ)示波器捕獲的一個(gè)數(shù)據(jù)字，點(diǎn)的垂直屏幕位置由對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)給出

39、，點(diǎn)的水平屏幕位置由對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元二進(jìn)制地址給出。若經(jīng)DA轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)內(nèi)插器的插值處理，還可以使點(diǎn)顯示變?yōu)檫B續(xù)顯示。</p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)取樣。實(shí)時(shí)取樣是對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的信號(hào)的不同點(diǎn)取樣，它與取樣示波器的跨周期取樣是不同的。N個(gè)取樣點(diǎn)得到的數(shù)字量分別存儲(chǔ)于地址號(hào)為OOH-0NH的N個(gè)RAM存儲(chǔ)單元中，這樣，采樣點(diǎn)所存儲(chǔ)的地址信息即表示了采樣點(diǎn)的時(shí)間信息。在顯示時(shí)依序取出采樣離散化數(shù)據(jù)

40、，經(jīng)DA變換后的輸出送到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板；同時(shí)存儲(chǔ)單元地址號(hào)從00H-0NH也經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換，形成階梯波，并送到X偏轉(zhuǎn)板。在共同作用下，熒光屏上將顯示離散的亮點(diǎn)。只要X方向和Y方向的量化程度足夠精細(xì)，這些離散的亮點(diǎn)就能準(zhǔn)確代表被測(cè)波形。將數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)和微處理器用于取樣示波器，可以構(gòu)成存儲(chǔ)取樣示波器。</p><p>　　2.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作方式</p><p>　　(1)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的功能&l

41、t;/p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器的隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM按功能可分為信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，參考波形存儲(chǔ)器，測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和顯示緩沖存儲(chǔ)器四種。信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放模擬信號(hào)取樣數(shù)據(jù)；參考波形存儲(chǔ)器存放參考波形的數(shù)據(jù)，它采用電池供電，或采用非易失性存儲(chǔ)器，故可以長(zhǎng)期保存數(shù)據(jù)；測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放測(cè)量量與計(jì)算的中間數(shù)據(jù)和計(jì)算的結(jié)果，和一般微機(jī)化儀器的隨機(jī)存儲(chǔ)器作用基本相同；顯示緩沖存儲(chǔ)器存放現(xiàn)時(shí)代波形，熒光屏上顯示的信息均有顯示緩沖存

42、儲(chǔ)器提供。</p><p><b>　　(2)觸發(fā)工作方式</b></p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器的觸發(fā)方式包括常態(tài)觸發(fā)和預(yù)置觸發(fā)兩種方式</p><p>　　1)常態(tài)觸發(fā) 常態(tài)觸發(fā)是在存儲(chǔ)工作方式下自動(dòng)形成的，同模擬示波器基本一樣，可通過(guò)面板設(shè)置觸發(fā)電平的幅度和極性，觸發(fā)點(diǎn)可處于復(fù)現(xiàn)波形的任何位置及存儲(chǔ)波形的末端，觸發(fā)點(diǎn)位置通常用加亮的亮

43、點(diǎn)來(lái)表示。</p><p>　　2)預(yù)置觸發(fā) 預(yù)置觸發(fā)即延遲觸發(fā)，是人為設(shè)置觸發(fā)點(diǎn)在復(fù)現(xiàn)波形上的位置，它是在進(jìn)行預(yù)置之后通過(guò)微處理器的控制和計(jì)算功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于觸發(fā)點(diǎn)位置的不同，可以觀測(cè)到觸發(fā)點(diǎn)前后不同區(qū)段上的波形，這是因?yàn)閿?shù)字存儲(chǔ)示波器的觸發(fā)點(diǎn)只是一個(gè)存儲(chǔ)的參考點(diǎn)，而不一定是取樣，存儲(chǔ)的第一點(diǎn)。預(yù)置觸發(fā)對(duì)顯示數(shù)據(jù)的選擇帶來(lái)了很大的靈活性。</p><p>　　(3)測(cè)量和計(jì)算工作方式

44、</p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)波形參數(shù)的測(cè)量分為自動(dòng)測(cè)量和手動(dòng)測(cè)量?jī)煞N。一般參數(shù)的測(cè)量為自動(dòng)測(cè)量，及示波器自動(dòng)完成測(cè)量工作，并將測(cè)量結(jié)果以數(shù)字的形式顯示在熒光屏上，特殊值的測(cè)量使用手動(dòng)光標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，即光標(biāo)測(cè)量。光標(biāo)測(cè)量指的是在熒光屏上設(shè)置兩條水平光標(biāo)線和兩條垂直光標(biāo)線，這四條光標(biāo)線可在面板的控制下移動(dòng)，光標(biāo)和波形的交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于信號(hào)存儲(chǔ)器中的相應(yīng)的數(shù)據(jù)。測(cè)量時(shí)，示波器在測(cè)量程序控制下，根據(jù)光標(biāo)的位置來(lái)完成測(cè)

45、量，并將測(cè)量結(jié)果以數(shù)字形式顯示在熒光屏上。</p><p>　　(4)面板按鍵操作方式</p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器的面板按鍵分為執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種，按下執(zhí)行鍵后，示波器立即執(zhí)行該項(xiàng)操作。當(dāng)按下菜單鍵時(shí)，屏幕下方顯示一排菜單，屏幕有方則顯示對(duì)應(yīng)菜單的子菜單，然后按子菜單下所對(duì)應(yīng)的軟鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作。</p><p>　　3.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式</p

46、><p>　　由于數(shù)字存儲(chǔ)示波器可以對(duì)被測(cè)信號(hào)存儲(chǔ)，波形的采集和顯示可以分開(kāi)進(jìn)行，與寬帶示波器相比，采集速度和顯示速度可不相同，因此采集速度很高的數(shù)字存儲(chǔ)示波器對(duì)其顯示的速度要求不高。數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示方式靈活多樣，具有基本顯示，抹跡顯示，卷動(dòng)顯示，放大顯示和XY顯示等，可適應(yīng)不同情況下波形觀測(cè)的需要。</p><p>　　(1)存儲(chǔ)顯示 存儲(chǔ)顯示方式是數(shù)字示波器的基本顯示方式，適用于一般

47、信號(hào)的觀測(cè)，在一次觸發(fā)形成并完成信號(hào)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)后，經(jīng)過(guò)顯示前的緩沖存儲(chǔ)，并控制緩沖存儲(chǔ)器的地址順序，依次將欲顯示的數(shù)據(jù)讀出并進(jìn)行DA變換，然后將信號(hào)穩(wěn)定的顯示在熒光屏上。</p><p>　　(2)抹跡顯示 抹跡顯示方式適用于觀測(cè)一長(zhǎng)竄波形中在一定條件才會(huì)發(fā)生的瞬態(tài)信號(hào)。抹跡顯示時(shí)，應(yīng)先根據(jù)預(yù)期的瞬態(tài)信號(hào)，設(shè)置觸發(fā)電平和極性；觀測(cè)開(kāi)始后儀器工作在末端觸發(fā)和預(yù)置觸發(fā)相結(jié)合的方式下，當(dāng)信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被裝滿單瞬態(tài)信號(hào)

48、未出現(xiàn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)末端觸發(fā)，在熒光屏上顯示一個(gè)畫面，保持一段時(shí)間后，被存入的數(shù)據(jù)更新。若瞬態(tài)信號(hào)仍未出現(xiàn)，在利用末端觸發(fā)顯示一個(gè)畫面，這樣一個(gè)個(gè)畫面顯示下去，如同為了查找莫個(gè)內(nèi)容，一頁(yè)頁(yè)的翻書一樣，一旦出現(xiàn)預(yù)期的瞬態(tài)信號(hào)則立即實(shí)現(xiàn)預(yù)置觸發(fā)，將捕捉到的瞬態(tài)信號(hào)波形穩(wěn)定的顯示在熒光屏上，并存入?yún)⒖疾ㄐ未鎯?chǔ)器中。</p><p>　　(3)卷動(dòng)顯示 卷動(dòng)顯示方式適于觀測(cè)緩變信號(hào)中隨機(jī)出現(xiàn)的突發(fā)信號(hào)，它包括兩種方式，一種是

49、新波形逐漸代替舊波形，變換點(diǎn)自左向右移動(dòng)；另一種是波形從右端向左一定，在左端消失，當(dāng)異常波形出現(xiàn)時(shí)，可按下存儲(chǔ)鍵，將此波形存儲(chǔ)在熒光屏或存入?yún)⒖疾ㄐ未鎯?chǔ)器中，一邊做更細(xì)致的觀測(cè)與分析。如圖2-2（a）所示。</p><p>　　(a)卷動(dòng)顯示 （b）放大顯示</p><p>　　圖2-2兩種顯不方式</p><p>　　(4)放大

50、顯示 放大顯示方式適于觀測(cè)吸信號(hào)波形的細(xì)節(jié)，此方式是利用延遲掃描的方法實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)熒光屏一分為二，上半部分顯示原波形，下半部分顯示放大了的部分，其放大位置可用光標(biāo)控制，放大比例也可調(diào)節(jié)，還可以用光標(biāo)測(cè)量放大部分的參數(shù)。如圖2-2（b）所示。</p><p>　　(5)XY顯示 與通用示波器的顯示方法基本相同，一般用于顯示麗薩如圖形，此處不做詳述。</p><p>　　(6)顯示的內(nèi)插

51、 數(shù)字存儲(chǔ)示波器是將取樣數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，由于取樣點(diǎn)不能無(wú)限增多，能夠做到正確顯示的前提是足夠的點(diǎn)來(lái)重新構(gòu)成信號(hào)波形?？紤]到有效存儲(chǔ)帶寬問(wèn)題，一般要求每個(gè)信號(hào)顯示20-25個(gè)點(diǎn)。但是較少的采樣點(diǎn)會(huì)造成視覺(jué)誤差，可能使人看不到正確的波形。數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)可以解決顯示中視覺(jué)錯(cuò)誤的問(wèn)題。數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)常常使用插入器將一些數(shù)據(jù)插在所有相鄰的取樣點(diǎn)之間，主要有線性插入和曲線插入兩種方式。</p><p>　　4.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的

52、特點(diǎn)</p><p>　　與模擬示波器相比，數(shù)字存儲(chǔ)示波器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　(1)波形的取樣存儲(chǔ)與波形的顯示是獨(dú)立的 在存儲(chǔ)工作階段，對(duì)快速信號(hào)采用較高的速率進(jìn)行取樣和存儲(chǔ)，對(duì)慢速信號(hào)采用較低速率進(jìn)行取樣和存儲(chǔ)，但在顯示工作階段，其讀出速度可以采用一個(gè)固定的速率，不受采樣速率的限制，因而可以清晰而穩(wěn)定的獲得波形，可以無(wú)閃爍的觀測(cè)被測(cè)極慢變化信號(hào)，這是模擬示波器無(wú)能為

53、力的。對(duì)觀測(cè)極快信號(hào)來(lái)說(shuō)，數(shù)字存儲(chǔ)示波器采用低速顯示，可以使用低帶寬，高精度，高可靠性而低造價(jià)的光柵掃描示波管。</p><p>　　(2)能長(zhǎng)時(shí)間的保存信號(hào) 由于數(shù)字存儲(chǔ)示波器是把波形用數(shù)字方式存儲(chǔ)起來(lái)，其存儲(chǔ)時(shí)間在理論上可以是無(wú)限長(zhǎng)。這種特性是對(duì)觀察單次出現(xiàn)的順便信號(hào)極為重要，如單次沖擊波，放電現(xiàn)象。</p><p>　　(3)先進(jìn)的觸發(fā)功能 它不僅能顯示觸發(fā)后的信號(hào)，而且能顯示觸

54、發(fā)前的信號(hào)，并且可以任意選擇超前或滯后的時(shí)間。除此以外，數(shù)字存儲(chǔ)示波器還可以提供邊緣觸發(fā)，組合觸發(fā)，狀態(tài)觸發(fā)，延遲觸發(fā)等多種方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)多種觸發(fā)功能。</p><p>　　(4)測(cè)量準(zhǔn)確度 高數(shù)字存儲(chǔ)示波器由于采用晶振做高穩(wěn)定時(shí)鐘，有很高的測(cè)時(shí)準(zhǔn)確度，采用高分辨率AD轉(zhuǎn)換器也能使幅度測(cè)量準(zhǔn)確度大大提高。</p><p>　　(5)很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力 數(shù)字存儲(chǔ)示波器由于內(nèi)含微處理器因而能

55、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種波形參數(shù)的測(cè)量和顯示，例如上升時(shí)間，下降時(shí)間，脈寬，峰峰值等參數(shù)的測(cè)量與顯示，能對(duì)波形實(shí)現(xiàn)取平均值，取上下限值，頻譜分析以及對(duì)兩波形進(jìn)行加減乘除等多種復(fù)雜的運(yùn)算處理，還具有自檢與自校等多種操作功能。</p><p>　　(6)外部數(shù)據(jù)通信接口 數(shù)字存儲(chǔ)示波器可以很方便的將存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)或其他的外部設(shè)備，進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算和分析處理。還可以通過(guò)GPIB接口與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。<

56、/p><p>　　5.數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器與波形顯示有關(guān)技術(shù)指標(biāo)與模擬示波器相似，下面僅討論與波形存儲(chǔ)部分有關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　(1)最高取樣速率 最高取樣速率指單位時(shí)間內(nèi)的取樣的次數(shù)，也稱數(shù)字化速率，用每秒鐘完成的AD轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來(lái)衡量。常以頻率來(lái)表示，取樣速率越高，反應(yīng)儀器捕捉高頻或快速信號(hào)的能力愈

57、強(qiáng)。取樣速率主要由AD轉(zhuǎn)換速率來(lái)決定。數(shù)字存儲(chǔ)示波器的測(cè)量時(shí)刻的實(shí)時(shí)取樣速率可根據(jù)被測(cè)信號(hào)所設(shè)定的掃描時(shí)間因數(shù)(即掃描一格所用的時(shí)間)來(lái)推算。其推算公式為</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　式中，N為每格的取樣點(diǎn)數(shù)，t為掃描時(shí)間因數(shù)。</p><p>　　(2)存儲(chǔ)帶寬(B) 存儲(chǔ)帶寬與取樣速率密切相關(guān)，根據(jù)

58、取樣定理，如果取樣速率大于或等于二倍的信號(hào)頻率，便可重現(xiàn)原信號(hào)。實(shí)際上，為保證所顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點(diǎn)，一般取N=4-10倍或更多，即存儲(chǔ)帶寬。</p><p>　　(3)分辨率 分辨率指示示波器能分辨的最小電壓增量，即量化的最小單元。它包括垂直分辨率(電壓分辨率)和水平分辨率(時(shí)間分辨率)。垂直分辨率與AD轉(zhuǎn)換的分辨率相對(duì)應(yīng)，常以屏幕每格的分級(jí)數(shù)(級(jí)/div)或百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。水平分辨率由取

59、樣速率和存儲(chǔ)器的容量決定，常以屏幕每格含多少個(gè)取樣點(diǎn)或用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。取樣速率決定了兩個(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，存儲(chǔ)容量決定了一屏內(nèi)包含的點(diǎn)數(shù)。一般示波管屏幕上的坐標(biāo)刻度為8*10div(即屏幕垂直顯示格為8格，水平顯示格為10格)，如果采用8位的AD轉(zhuǎn)換器(256級(jí))，則垂直分辨率表示為32級(jí)/div，或用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示為1/256=0.39%：如果采用容量為1k的RAM，則水平分辨率為1024/10=100點(diǎn)/div。</p>

60、<p>　　(4)存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量又稱記錄長(zhǎng)度，它由采集存儲(chǔ)器(主存儲(chǔ)器)最大存儲(chǔ)容量來(lái)表示，常以字為單位。數(shù)字存儲(chǔ)器常采用256，512，1K等容量的高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。</p><p>　　(5)讀出速度 讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出的速度，常用“時(shí)間/div”來(lái)表示，其中，時(shí)間為屏幕上每格內(nèi)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量乘以讀脈沖周期。使用中應(yīng)根據(jù)顯示器，記錄裝置或打印機(jī)等對(duì)速度的要求進(jìn)行選擇。<

61、/p><p>　　2.2系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　上世紀(jì)大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口得到了迅速的發(fā)展，在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其簡(jiǎn)易的數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá)。由此我想到，可以利用存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)功能和普通模擬示波器相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波器的存儲(chǔ)功能。利用模擬轉(zhuǎn)換器及時(shí)的對(duì)上述類型的信號(hào)進(jìn)行一次性的采集，并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，這樣我們可以隨時(shí)隨意的再?gòu)?/p>

62、存儲(chǔ)器讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以把數(shù)據(jù)再通過(guò)數(shù)摸轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成原來(lái)的模擬信號(hào)，送到普通模擬示波器中進(jìn)行顯示，而存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)得以保存，而不會(huì)消失。</p><p>　　出于以上的考慮，我們借助于數(shù)摸和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，和單片機(jī)、存儲(chǔ)器組成的系統(tǒng)能對(duì)任意波形實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和再現(xiàn)。一次性瞬間信號(hào)的數(shù)據(jù)被采集到存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)，如果再反復(fù)的存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，送到示波器顯示，這樣就使隨機(jī)的非周期信號(hào)、瞬間信號(hào)，一次性信號(hào)，能夠在普通模擬示波

63、器顯示頻目顯示穩(wěn)定的波形。</p><p>　　為了能較簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)題目的功能，我們只借助A/D轉(zhuǎn)換器將輸入信號(hào)進(jìn)行量化處理后，在液晶顯示器上進(jìn)行顯示，并將處理的顯示數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中，當(dāng)需要波形再現(xiàn)時(shí)，通過(guò)單片機(jī)控制只需將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)取出再次處理，然后再送到液晶顯示器上進(jìn)行顯示。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C51 單片機(jī)為中心、62256為存儲(chǔ)器，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)時(shí)采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)輸

64、入信號(hào)的提取，并進(jìn)行數(shù)字化的存儲(chǔ)及顯示。顯示采用MFC-12864液晶顯示屏。</p><p>　　由于待測(cè)信號(hào)為模擬信號(hào)，存儲(chǔ)過(guò)程為數(shù)字方式，故應(yīng)將模擬信號(hào)進(jìn)行量化處理，然后存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，當(dāng)需要顯示的時(shí)候，從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，并送往液晶顯示器進(jìn)行顯示。因此，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是模擬信號(hào)的處理與采樣，數(shù)字信號(hào)的存儲(chǔ)，液晶顯示器的顯示控制，系統(tǒng)的控制4個(gè)方面。</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的控

65、制</p><p>　　控制器是系統(tǒng)中最為重要的器件，也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。其中，涉及按鍵的控制控制，存儲(chǔ)器的寫入和讀取控制，液晶顯示器的控制。可以由多種方法實(shí)現(xiàn)：一種是單純的采用單片機(jī)，使用單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的采樣，存儲(chǔ)和回放，這種方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單也在所學(xué)課程的范圍之內(nèi)；另一種是采用可編程邏輯器件CPLD或者FPGA，這種方法對(duì)ADC采樣控制，存儲(chǔ)器的操作比較方便，而且速度也比較快，但在人機(jī)接口方面的操作就困難一些；

66、還有一種方法是將以上兩種方法結(jié)合起來(lái)，用可編程器件做相應(yīng)的邏輯電路設(shè)計(jì)，比如ADC的采樣頻率，存儲(chǔ)器操作等，使用單片機(jī)來(lái)做人機(jī)接口，單片機(jī)和CPLD互相協(xié)調(diào)完成整個(gè)系統(tǒng)的功能，這種方法可以發(fā)揮出各個(gè)器件的長(zhǎng)處，有效的完成整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但是就目前的學(xué)習(xí)能力用此方案還不足以將該系統(tǒng)完善并完成設(shè)計(jì)內(nèi)容。故最終采取第一種方法單片機(jī)直接控制。</p><p>　　2.2.2輸入模擬信號(hào)的處理</p>&

67、lt;p>　　信號(hào)的處理主要是對(duì)被測(cè)輸入信號(hào)在幅度與偏移方面進(jìn)行線性處理，使信號(hào)在垂直方向上處于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。待測(cè)模擬信號(hào)輸入到數(shù)字示波器時(shí)首先要經(jīng)過(guò)相關(guān)的處理才能夠送給ADC，因?yàn)锳DC對(duì)輸入電壓的幅度有一定的要求，一般為0-5V，或者0-2V等。對(duì)于輸入的模擬信號(hào)，要根據(jù)不同的垂直靈敏度做出調(diào)整，具體說(shuō)就是把小電壓信號(hào)放大，將大電壓信號(hào)衰減使之符合ADC的輸入電壓范圍。因此，需要對(duì)電壓大小不同的信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)整。通

68、?？梢允褂迷鲆婵烧{(diào)的放大電路。需要注意的是放大電路的增益系數(shù)和頻帶的關(guān)系。同時(shí)，為防止ADC因輸入大的電壓信號(hào)而燒毀，可以加入限幅電路。處理過(guò)的模擬信號(hào)需要經(jīng)過(guò)ADC進(jìn)行量化編碼。通常在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前要加上比較電器，作為模擬電路和數(shù)字電路之間的接口電路。</p><p>　　2.2.3數(shù)字信號(hào)的采集與存儲(chǔ)</p><p>　　在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路在給定采樣時(shí)鐘的節(jié)拍下把輸入

69、模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)據(jù)值；A/D轉(zhuǎn)換器始終以最高取樣率進(jìn)行工作。ADC參數(shù)的選取需要考慮多方面的因素；ADC的取樣頻率取決于待測(cè)信號(hào)的頻率范圍，或者示波器對(duì)掃描速度的要求；而ADC的編碼位數(shù)與垂直分辨率相關(guān)。根據(jù)這兩個(gè)條件選擇合適的ADC芯片。</p><p>　　波形重組是根據(jù)所用的顯示器將采集到的離散數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)整之后，將其在顯示器的垂直方向和水平方向重新定位 (與顯示屏幕上的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng))，存儲(chǔ)到波形存儲(chǔ)

70、器中。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)保存到存儲(chǔ)器中，RAM的位數(shù)須根據(jù)ADC的位數(shù)來(lái)選擇，如果ADC為8位輸出，那么RAM也應(yīng)該為8位，超過(guò)8位則可以選用16位的RAM。RAM的容量取決于每次采樣的采樣點(diǎn)數(shù)，這和水平分辨率相關(guān)。寫入RAM的數(shù)據(jù)來(lái)自于ADC，讀出之后再經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理進(jìn)行波形重組，然后在液晶顯示器上進(jìn)行顯示。</p><p>　　綜合以上分析，擬采用一種簡(jiǎn)單可行的方法，如圖1

71、-3所示，直接由單片機(jī)控制采樣，按鍵，存儲(chǔ)器的讀寫操作及液晶顯接口。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1單片機(jī)及其外圍電路</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)的人機(jī)接口和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制功能。單片機(jī)采用的AT89S52單片機(jī)，該芯片內(nèi)部包含有8KB的可在線編程(ISP)的FLASH程序存儲(chǔ)器，256B的RAM，帶有看門狗功

72、能。AT89S52是一個(gè)低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。該設(shè)備使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51產(chǎn)品指令集和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，也適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高效靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Fl

73、ash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，1個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，1組全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2個(gè)軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)停止一切工作，直</p><p>　　由于單片機(jī)受到管腳的限

74、制，沒(méi)有對(duì)外專用的地址總線和數(shù)據(jù)總線，在進(jìn)行對(duì)外擴(kuò)展存儲(chǔ)器或I/O接口時(shí)，需要首先擴(kuò)展對(duì)外總線（局部系統(tǒng)總線）。為了完成外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（62256），A/D轉(zhuǎn)換器和鍵盤的擴(kuò)展,在單片機(jī)最小系統(tǒng)的外邊加上了74HC573鎖存器和74LS138譯碼器。</p><p>　　在ALE無(wú)效期間P0口傳送數(shù)據(jù)，構(gòu)成數(shù)據(jù)總線DB。P2口輸出地址高8位A15-A8，而地址低8位則在ALE有效時(shí)刻，將P0口分時(shí)輸出的低8位地址值

75、鎖存到外部的573鎖存器輸出，兩者結(jié)合起來(lái)就構(gòu)成了地址總線AB。如圖3-1所示。</p><p>　　系統(tǒng)中的一個(gè)三八譯碼器可產(chǎn)生8個(gè)片選信號(hào)，由A13，A14，A15分別接到74LS138的A，B，C端，所以地址范圍分別是：</p><p>　　/Y0的尋址范圍：0000H-1FFFH /Y1的尋址范圍：2000H-3FFFH</p><p>　　/Y2的

76、尋址范圍：4000H-5FFFH /Y3的尋址范圍：6000H-7FFFH</p><p>　　/Y4的尋址范圍：8000H-9FFFH /Y5的尋址范圍：A000H-BFFFH</p><p>　　/Y6的尋址范圍：C000H-DFFFH /Y7的尋址范圍：E000H-FFFFH</p><p>　　這樣用一片三八譯碼器就產(chǎn)生了8個(gè)片選的信

77、號(hào)，足夠A/D轉(zhuǎn)化器和外部按鍵的擴(kuò)展。一般在電路的設(shè)計(jì)中，如果外設(shè)比較多，而用一片三八譯碼器產(chǎn)生的片選信號(hào)又不夠用，則可以采用二級(jí)譯碼，即再連接兩個(gè)三八譯碼器，A12、A11、A10分別和新加的三八譯碼器的A、B、C相連，第一級(jí)的任意兩個(gè)輸出和另外的兩個(gè)三八譯碼器的片選端相連。</p><p>　　為了防止程序執(zhí)行過(guò)程中失步或運(yùn)行紊亂，此處我們采用了上電自動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)的工作還需要外接晶振產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，頻率為11

78、.0592MHz。</p><p>　　3-1單片機(jī)及外圍擴(kuò)展電路圖</p><p>　　3.2信號(hào)輸入電路單元</p><p>　　3.2.1輸入調(diào)理電路設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)調(diào)理主要是對(duì)被測(cè)輸入信號(hào)在幅度與偏移方面進(jìn)行線性處理，使信號(hào)在垂直方向上處于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。待測(cè)模擬信號(hào)輸入到數(shù)字示波器時(shí)首先要經(jīng)過(guò)相關(guān)的處理才能夠

79、送給ADC，因?yàn)锳DC對(duì)輸入電壓的幅度有一定的要求，一般為0-5V，或者0-2V等。對(duì)于輸入的模擬信號(hào)，要根據(jù)不同的垂直靈敏度做出調(diào)整，具體說(shuō)就是把小電壓信號(hào)放大，將大電壓信號(hào)衰減使之符合ADC的輸入電壓范圍。因此，需要對(duì)電壓大小不同的信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)整。通常在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前要加上比較電器，作為模擬電路和數(shù)字電路之間的接口電路。信號(hào)輸入的調(diào)理電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2信號(hào)輸入的調(diào)理電路圖

80、</p><p>　　3.2.2阻抗變換電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.方案</b></p><p>　　設(shè)計(jì)條件及要求是：輸入阻抗要求達(dá)到100K?。采用同相電壓跟隨器，使得輸入阻抗在很大程度上得到提高，同時(shí)保證輸出電壓基本等于輸入阻抗。</p><p><b>　　2.芯片選擇</b>

81、</p><p>　　因?yàn)檩斎胄盘?hào)的最高頻率是1KHz，選擇的放大器為UA741CN，常溫下帶寬可以達(dá)到1MHz，可以保證輸入信號(hào)通過(guò)該電壓跟隨器之后沒(méi)有任何失真。題目明確要求示波器的輸入阻抗大于100K?，設(shè)計(jì)中可以采用跟隨器電路，一方面達(dá)到提高輸入阻抗的要求，另一方面還可以起到隔離的作用。</p><p>　　電路圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3

82、阻抗變換電路圖</p><p>　　3.2.3電平移位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3-4輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　在信號(hào)輸入調(diào)理電路中，后級(jí)運(yùn)算放大電路為差分輸入比例電路。如圖3-4所示。設(shè)運(yùn)算放大器的2端輸入為，輸出為，則有輸出與輸入的關(guān)系為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p

83、><p><b>　　推導(dǎo)如下：</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　而 </b></p><p><b>　　(3-3)<

84、;/b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　此電路為電平移位電路，將輸入信號(hào)反相后抬高了2.5V，即該差分輸入比例電路將前級(jí)的雙極性信號(hào)經(jīng)過(guò)處理變成0—5V的單極性輸入信號(hào)，最終送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.2.4頻率計(jì)算電路設(shè)計(jì)</p><p>&l

85、t;b>　　1.施密特觸發(fā)器</b></p><p>　　施密特觸發(fā)器又稱施密特反相器，是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。施密特觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號(hào)電位維持；對(duì)于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號(hào)，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。門電路有一個(gè)閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時(shí)電路的

86、狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個(gè)閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。在輸入信號(hào)從低電平上升到高電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號(hào)從高電平下降到低電平的過(guò)程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為回差電壓。</p><p>　　它是一種閾值開(kāi)關(guān)電路，具有突變輸入、輸出特性的門電

87、路。這種電路被設(shè)計(jì)成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。</p><p>　　它在性能上有兩個(gè)重要的特點(diǎn)：</p><p>　　第一，輸入信號(hào)從低電平上升的過(guò)程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降過(guò)程中對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。</p><p>　　第二，在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)電路內(nèi)部的正反饋過(guò)程使輸出電壓波形的邊沿變得

88、很陡。</p><p>　　利用這兩個(gè)特點(diǎn)不僅能將邊沿變化緩慢的信號(hào)波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地清除。施密特觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成，也可作成單片集成電路產(chǎn)品，且后者最為常用。</p><p>　　2.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用</p><p><b>　?。?）用于波形變換</b></p>

89、<p>　　利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔茫梢园堰呇刈兓徛闹芷谛孕盘?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。圖3-5的例子中，輸入信號(hào)是由直流分量和正弦分量疊加而成的，只要以信號(hào)的幅度大于VT+即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同頻率的矩形脈沖信號(hào)。</p><p>　　圖3-5用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)波形變換</p><p>　　（2）用于脈沖的整形</p><

90、;p>　　在數(shù)字測(cè)量和控制系統(tǒng)中，由傳感器送來(lái)的波形邊沿較差，此外，脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離的傳輸后，往往會(huì)發(fā)生各種各樣的畸變，利用施密特電路可以對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行整形。如圖3-6所示就是脈沖整形。</p><p>　　圖3-6脈沖整形電路 </p><p>　　波形變換模塊設(shè)計(jì)方案采用由LM339系列實(shí)現(xiàn)的施密特的電路，如圖3-7所</p><p

91、>　　圖3-7 頻率計(jì)算電路原理圖</p><p><b>　　在圖中</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　式中,分別為高，低輸出電平。</p><p>　　假

92、設(shè)輸入信號(hào)為正弦波，則輸出如圖3-5所示，為一脈沖波形。</p><p>　　3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121構(gòu)成的脈沖整形電路</p><p>　　TTL集成器件74121是一種不可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，74121由觸發(fā)信號(hào)控制電路、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、輸出緩沖電路三部分組成。</p><p>　　74121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有3個(gè)觸發(fā)輸入端,其功能表如表3-1所示。

93、</p><p>　　表3-1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表</p><p><b>　　（1）觸發(fā)</b></p><p>　　若B為高電平，A1、A2中的一個(gè)為高電平，輸入中有一個(gè)或兩個(gè)產(chǎn)生由1到0的負(fù)跳變。    若A1、A2兩個(gè)輸入中有一個(gè)或兩個(gè)為低電平，B 發(fā)生由0到1的正跳變。</p>

94、<p><b>　?。?）定時(shí)</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路的定時(shí)取決于定時(shí)電阻和定時(shí)電容的數(shù)值。74121的定時(shí)電容連接在芯片的10、11引腳之間。若輸出脈寬較寬，而采用電解電容時(shí)，電容C 的正極連接在Cext輸出端（10腳）。對(duì)于定時(shí)電阻，使用者可以有兩種選擇：</p><p>　　·采用內(nèi)部定時(shí)電阻（2 kΩ），此時(shí)將9號(hào)引腳（R

95、int）接至電源VCC（14腳）。</p><p>　　·采用外接定時(shí)電阻（阻值在1.4～40kΩ之間），此時(shí)9腳應(yīng)懸空，電阻接在11、14腳之間。74121的輸出脈沖寬度tW≈0.7RC。通常R的數(shù)值取在2～30kΩ之間，C 的數(shù)值取在10pF～10μF之間，得到的取值范圍可達(dá)到20ns～200ms。該式中的R可以是外接電阻Rext，也可以是芯片內(nèi)部電阻Rint(約2kΩ)，如希望得到較寬的輸出脈沖，

96、一般使用外接電阻。</p><p><b>　?。?）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特性具有如下圖著特點(diǎn)：</p><p>　　第一、它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；</p><p>　　第二、在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后、再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；<

97、/p><p>　　第三、暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。</p><p>　　由于具備這些特點(diǎn)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、延時(shí)（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及定時(shí)（產(chǎn)生固定時(shí)間寬度的脈沖信號(hào)）等。</p><p>　　由LM339組成的施密特的電路，產(chǎn)生脈沖信號(hào)后，由于波形不很規(guī)則，可能會(huì)產(chǎn)生一些毛刺，所以有74121構(gòu)

98、成脈沖整形電路對(duì)施密特電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行調(diào)整，電路中A1、A2都接地，故為上升沿觸發(fā)。電路圖如圖3-8(a)所示</p><p>　?。╝） (b)</p><p>　　圖3-8脈寬調(diào)整及分頻電路</p><p>　　該電路調(diào)整后的脈寬由以下公式(3-7)算得</p><p><

99、;b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　代入具體值得</b></p><p>　　則輸出的便是一個(gè)脈寬為1.05ms脈沖了，在經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻電路，如圖3-8(b)所示。最終產(chǎn)生的信號(hào)是脈寬為2.1ms的脈沖波形，將其送入單片機(jī)的P3.2（INT1）進(jìn)行頻率的計(jì)算。</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路&

100、lt;/p><p>　　3.3.1ADC芯片的選取</p><p>　　1.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)。</p><p>　　（1）分辨率。A/D轉(zhuǎn)換的分辨率是能夠分辨的最小量化信號(hào)的能力，即輸出的數(shù)字量變化1所需輸入模擬電壓的變化量，通常用位數(shù)來(lái)表示。對(duì)于一個(gè)實(shí)現(xiàn)n位轉(zhuǎn)換的ADC來(lái)說(shuō)，它能分辨的最小量化信號(hào)的能力為2n位，即分辨率為2n位。例如，對(duì)一個(gè)12位的ADC分

101、辨率為212=4096位。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換精度。由于模擬量是連續(xù)的，而數(shù)字量是離散的，所以一般在某個(gè)范圍中的模擬量都對(duì)應(yīng)于同一個(gè)數(shù)字量。例如，有一個(gè)ADC，理論上5V電壓對(duì)應(yīng)數(shù)字量800H，但是，實(shí)際上，4.997V，4.998V，4.999V也對(duì)應(yīng)數(shù)字量800H。這就是說(shuō)，在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，模擬量和數(shù)字量之間并不是嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這樣，就有一個(gè)轉(zhuǎn)換精度的問(wèn)題。</p><

102、p>　　轉(zhuǎn)換精度反映了ADC的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度。A/D轉(zhuǎn)換的精度通常是用數(shù)字量的最低有效應(yīng)（LSB）來(lái)表示的。設(shè)數(shù)字量的最低有效位對(duì)應(yīng)于模擬量△，這時(shí)，稱△為數(shù)字量的最低有效位當(dāng)量。</p><p>　　（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率。完成1次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，稱為ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間。用ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)表示ADC的轉(zhuǎn)換速度，即轉(zhuǎn)換率，例如，一個(gè)12位逐次逼近式ADC，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)

103、間為20µs ，其轉(zhuǎn)換率為50KHZ。ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間約為幾個(gè)µs至200µs 。</p><p>　?。?）非線性度。ADC的非線性度是指實(shí)際轉(zhuǎn)換函數(shù)與理想直線的最大偏移。</p><p>　　2.逐次逼近式ADC</p><p>　　逐次逼近式ADC是一個(gè)具有反饋回路的死循環(huán)系統(tǒng)，主要部件有電壓比較器、逐次逼近寄存器、輸出緩沖寄存器

104、、DAC和控制電路，如圖3-9所示。</p><p>　　和計(jì)數(shù)式ADC一樣，逐次逼近式ADC也用DAC的輸出電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)比較器的反相端，不同的是，轉(zhuǎn)換時(shí)，要用一個(gè)逐次逼近寄存器存放轉(zhuǎn)換出來(lái)的數(shù)字量，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，將數(shù)字量送到輸出緩沖寄存器。</p><p>　　逐次逼近式ADC的轉(zhuǎn)換原理是：二分搜索、反饋比較、逐次逼近。它與生活中天平稱重原理極為相似。</p><p>

105、;　　當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)有效（由高變低），逐次逼近寄存器和輸出緩沖寄存器清0，故DAC的輸出電壓Vo=0。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)始，即逐次逼近寄存器開(kāi)始“天平稱重”。逐次逼近寄存器的操作是：從最高位開(kāi)始，通過(guò)先試探性地置1，再比較Vo和Vi大小，然后決定該位1的去留，然后對(duì)次高位進(jìn)行比較，直到最低位元為止，逐位完成同樣過(guò)程（置1→比較→決定去留）。比如，在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，控制電路把逐次逼近寄存器最高位置1，即它的輸出為100…0，使得

106、DAC的輸出電壓Vo成為滿量程值的一半。這時(shí)，如果Vo>Vi表明試探置的100…0值大了，比較器輸出低電平，控制電路據(jù)此清除逐次逼近寄存器最高位的1：反之，如果Vo≤Vi，比較器輸出高電平，控制電路使最高位元的1保留下來(lái).</p><p>　　圖3-9逐次逼近式ADC</p><p>　　n位逐次逼近式ADC經(jīng)過(guò)n次比較后，逐次逼近寄存器中得到的值就是轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，控制電

107、路送出一個(gè)低電平作為結(jié)束信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的下降沿將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入輸出緩沖寄存器，供CPU讀取。</p><p>　　采用逐次逼近法，首先將最高位置1，這相當(dāng)于取最大允許電壓的1/2與輸入電壓比較。如果搜索值在最大允許電壓的1/2范圍內(nèi)，那么最高位置0，再將次高位置1，這相當(dāng)于在1/2范圍內(nèi)再作對(duì)半搜索。依次類推，逐次逼近相當(dāng)于在不斷縮小1/2的范圍內(nèi)再作對(duì)半探索。因此，逐次逼近法也稱為二分搜索法或?qū)Π?/p>

108、搜索法。</p><p>　　3.ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-10所示，分成三部分：①8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼；②8位A/D轉(zhuǎn)換；③三態(tài)輸出緩沖器。其中A/D轉(zhuǎn)換部分是由8位元DAC、比較器、逐次逼近寄存器和控制邏輯組成。</p><p>　　START和EOC分別為啟動(dòng)信號(hào)和變換結(jié)束信號(hào)，EOC還可以作申請(qǐng)中斷

109、或供查詢。</p><p>　　ADC0809通過(guò)引腳IN0～I(xiàn)N7可輸入8路模擬輸入電壓。ALE將3位地址信號(hào)ADDA，ADDB，ADDC進(jìn)行鎖存，然后經(jīng)3-8譯碼選通8路中的1路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3-10ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.ADC0809的引腳特性</p><p>　　ADC0809是2

110、8引腳的雙列直插式芯片。</p><p>　　VCC：電源，+5V。GND：地。CLOCK：工作時(shí)鐘。</p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8位模擬輸入線。DB0～DB7：8位轉(zhuǎn)換資料三態(tài)輸出線。</p><p>　　ADDA，ADDB，ADDC：模擬通道地址選擇線。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號(hào)。其上升沿將ADDA，ADDB