硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告---數(shù)字示波器

1、<p>　　計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院</p><p><b>　　硬件課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　選題與需求分析</b></p><p><b>　　選題</b></p><p>　　經(jīng)過小組成員的認(rèn)真考慮，最終確定課程設(shè)計(jì)的題目為數(shù)字示波器。數(shù)字示

2、波器是智能化數(shù)字存儲示波器的簡稱，是模擬示波技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合產(chǎn)物。與傳統(tǒng)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、方便攜帶等特點(diǎn)，而且還具有強(qiáng)大的實(shí)時信號處理分析等功能。因此在電子電信類實(shí)驗(yàn)室中使用越來越廣泛。但目前我國使用的高性能數(shù)字示波器主要依靠國外產(chǎn)品，因此研究數(shù)字示波器有重要意義。</p><p><b>　　需求分析</b></p>

3、<p>　　示波器在電子測量、測試儀器中有著很廣泛的應(yīng)用，是觀察模擬電路和數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問題、測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。該課程設(shè)計(jì)是基于HUSY試驗(yàn)箱的示波器模擬，由于儀器限制，只實(shí)現(xiàn)示波器的基本功能。設(shè)計(jì)的初步思想是實(shí)現(xiàn)復(fù)位、波形延展、顯示模擬量的基本大小信息。</p><p>　　經(jīng)過小組討論，示波器可有兩種工作方式。一種用波形的幅度來表示模擬量的大小，另一種工作方式用波長

4、來表示模擬量的大小。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件方案</b></p><p>　　不論工作在哪種工作方式下，都需要用到8279、0809芯片。在方式二下還需要用到8253作分頻。在兩種方案中，0809做數(shù)模轉(zhuǎn)換，把模擬電壓量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，用8279控制顯示器。</p

5、><p>　　用波形幅度來表示模擬量的大小</p><p>　　用波長來表示模擬量大小</p><p>　　.2.2 軟件方案</p><p>　　在兩種方案下分別對應(yīng)兩種軟件方案，都必須包括0809,8279這些器件的初始化，還有這些器件的控制，然后第二個方案還要有8253的相關(guān)程序。</p><p>　　用波形幅

6、度來表示模擬量的大小</p><p>　　用波長來表示模擬量大小</p><p><b>　　詳細(xì)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　硬件實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　第一方案：</b></p><p>　　在第一方案中，我們僅用到了0

7、809、8279兩種芯片各一個。</p><p>　　0809實(shí)現(xiàn)將電壓的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。然后8279實(shí)現(xiàn)一個將數(shù)字量按照一定的算法，轉(zhuǎn)化成一定的波形，呈現(xiàn)在它自帶的LED顯示屏上。</p><p>　　管腳的連接是這樣的，首先將電壓的輸出接到0809的一個輸入上。然后是0809的clock接到1M/S的接口上，再來是0809的使能接到一個地址上。然后是8279的使能接到另一個地址上。

8、這樣就完成了接線。</p><p>　　芯片用的計(jì)算主要有：首先是電壓值轉(zhuǎn)化成數(shù)字量之后要在8279的LED燈上進(jìn)行轉(zhuǎn)化，所以就要對數(shù)字量進(jìn)行一定的算法計(jì)算。因?yàn)檗D(zhuǎn)化之后是0~255的數(shù)值范圍太大，所以我們將轉(zhuǎn)化之后的數(shù)除以16得到一個范圍為0~15的數(shù)，這樣對于后面的LED燈的顯示編碼有了很大的簡便。再來是對LED顯示屏的對應(yīng)編碼。由于我們是做一個示波器，所以不需要像8279提供的那樣，顯示數(shù)值，所以必須對82

9、79的LED顯示屏進(jìn)行重新的編碼。然后我們將低電平編為08H也就是對應(yīng)的下面的一個燈亮；將中等電平編為40H也就是對應(yīng)的中間的一個燈亮；然后將高電平編為01H也就是對應(yīng)的高的一個燈亮。至此我們的基本的算法就結(jié)束了。</p><p><b>　　硬件連線圖：</b></p><p><b>　　以上為實(shí)驗(yàn)連接圖</b></p><

10、;p><b>　　第二方案：</b></p><p>　　方案二用到的芯片有8255、8279、0809。</p><p><b>　　芯片圖如下：</b></p><p><b>　　8255芯片圖</b></p><p><b>　　電路連接圖</b&

11、gt;</p><p>　　在該示波器中，0809起模數(shù)轉(zhuǎn)換的作用。用到的管腳有：用于啟動0809的START管腳、CLK管腳、ALE管腳，VCC管腳、REF(+)管腳、REF(-)管腳、GND管腳，通道選擇ABC三個管腳，允許輸出管腳OE，結(jié)果數(shù)據(jù)輸出管腳D0-D7,模擬通道IN0。8279控制七段數(shù)碼管的顯示。用到的管腳有：D0-D7，RD，WR，RESET，OUT0-OUT7，CS，CLK，BD,A0,VC

12、C,SL0-SL3，GND。8255主要用于檢測0809轉(zhuǎn)換完畢與否。用到的管腳有:PA0，CS,RD,WR,D0-D7，A1,A0，VDD,VSS。8255只用于檢測轉(zhuǎn)換完畢，因此只需工作在方式0，基本輸入輸出方式，用A口作輸入。</p><p>　　電路連接圖如上圖所示。</p><p>　　系統(tǒng)的工作流程為：當(dāng)有模擬量輸入后，0809啟動轉(zhuǎn)換，8255檢測轉(zhuǎn)換完畢與否。當(dāng)連接EOC端

13、的PA0口將數(shù)據(jù)傳送給8086CPU發(fā)現(xiàn)最低位為0時，說明轉(zhuǎn)換完畢。這時通過讀0809數(shù)據(jù)端口將轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線傳遞給8086的寄存器。然后8086CPU將轉(zhuǎn)換完后的數(shù)據(jù)與1、2、3、4進(jìn)行比較。比較后再將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對0-5之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，通過數(shù)據(jù)總線將數(shù)據(jù)寫入8279的寄存器中，從而顯示波形。也就是說0809與8255是通過EOC連接在一起的，而0809與8279是通過8086的數(shù)據(jù)總線連接在一起的。為了方便比較，現(xiàn)把

14、十進(jìn)制的1、2、3、4轉(zhuǎn)化完成后比較的數(shù)值化成CPU用的16進(jìn)制數(shù)。如表所示。</p><p><b>　　軟件實(shí)現(xiàn)</b></p><p><b>　　第一方案：</b></p><p>　　在實(shí)現(xiàn)軟件的時候，我們先上網(wǎng)了解了8279芯片的一些知識，然后再展開的編程。我們的思路是這樣的，先讓0809檢測高地電平，然后根據(jù)

15、編程把高低電平按照一定的算法轉(zhuǎn)化成8279的LED顯示屏的上中下的燈相應(yīng)暗滅。</p><p>　　0809將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的0~255，然后一定算法后轉(zhuǎn)化成0~15的數(shù)值范圍，然后根據(jù)改變8279LED顯示屏的七段碼的編程方式來顯示相應(yīng)的波形。以下給出對應(yīng)高低中電平的對應(yīng)的七段碼。</p><p>　　最后為了可以讓示波器的功能更加的齊全，我們加入了8279鍵盤狀態(tài)的檢測來檢測鍵盤的

16、狀態(tài)的，以增加示波器的功能，我們讓按下3之后，波形定性。然后按下4之后繼續(xù)掃描，波形繼續(xù)變化。這樣整體的思路就完成了，在下面我們將給出我們設(shè)計(jì)的代碼。</p><p>　　Z8279 EQU 212H</p><p>　　D8279 EQU 210H</p><p>　　LEDMOD EQU 00 ;左邊輸入,

17、八位顯示外部譯碼八位顯示</p><p>　　LEDFEQ EQU 38H ;掃描頻率</p><p>　　CODE SEGMENT</p><p>　　ASSUME CS:CODE,DS:code</p><p><b>　　START: </b></p><p&g

18、t;　　PUSH CS</p><p>　　POP DS</p><p>　　CALL DELAY</p><p>　　MOV DX,Z8279</p><p>　　MOV AL,LEDMOD</p><p>　　OUT DX,AL</p>

19、<p>　　MOV AL,LEDFEQ</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV CX,06H</p><p>　　XZ: MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,00H</p><p>　

20、　OUT DX,AL</p><p>　　LOOP XZ</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV BL,79H</p><p>　　bg: INC BL</p><p>　　MOV DX,208H</p><

21、p>　　MOV AL,0</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　CALL DELAY</p><p>　　IN AL,DX</p><p>　　MOV AH,00H</p><p>　　MOV CL,16</p><p><b>　　

22、DIV CL</b></p><p><b>　　PUSH AX</b></p><p>　　MOV DX,Z8279</p><p>　　MOV AL,BL</p><p>　　OUT DX,AL</p><p><b>　　POP AX<

23、;/b></p><p>　　PUSH BL</p><p>　　LEA BX,LED</p><p><b>　　XLAT</b></p><p>　　MOV DX,D8279 ;將AL中內(nèi)容寫到數(shù)碼管上</p><p>　　OUT DX,AL&l

24、t;/p><p>　　MOV CX,25000</p><p>　　delay2:LOOP delay2</p><p>　　MOV DX,D8279 ;讀入FIFO RAM內(nèi)容</p><p>　　IN AL,DX</p><p><b>　　NOP</b>&l

25、t;/p><p>　　TEST AL,01H</p><p>　　JE NEXT3</p><p><b>　　POP BL</b></p><p><b>　　JMP bg</b></p><p><b>　　NEXT3:</b></p&

26、gt;<p>　　MOV DX,D8279 ;讀入FIFO RAM內(nèi)容</p><p>　　IN AL,DX</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　POP BL</b></p><p>　　TEST AL,02H&

27、lt;/p><p><b>　　JE bg</b></p><p>　　JMP NEXT3</p><p>　　LED DB 08H,08H,08H,08H,08H,40H,40H,40H,40H,40H,01H,01H,01H</p><p>　　DB 01H,01H,01H</p>&l

28、t;p>　　DELAY PROC NEAR</p><p><b>　　PUSH CX</b></p><p>　　MOV CX,01F00H</p><p><b>　　LOOP $</b></p><p><b>　　POP CX</b></p><

29、;p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY ENDP</p><p>　　CODE ENDS</p><p>　　END START</p><p><b>　　第二方案：</b></p><p>　　通過對硬件電路的分析，軟件編寫的思

30、想也就生成了。各個器件的連接用軟件方法來連接，就是用CPU進(jìn)行讀寫芯片的寄存器實(shí)現(xiàn)的。8086CPU通過讀8255的寄存器得知0809已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢，然后再讀0809的寄存器將轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量進(jìn)行比較，然后再對數(shù)字量編碼，通過寫8279控制8279顯示波形。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　Z8279 EQU 212H

31、</p><p>　　D8279 EQU 210H</p><p>　　LEDMOD EQU 00h </p><p>　　LEDFEQ EQU 38H </p><p>　　CODE SEGMENT</p><p>　　ASSUME CS:CODE</

32、p><p><b>　　START:</b></p><p>　　PUSH CS</p><p>　　POP DS</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　MOV DX,21BH

33、 MOV AL,10010000B</p><p>　　OUT DX,AL ；以上為初始化8255</p><p>　　MOV DX,Z8279</p><p>　　MOV AL,LEDMOD</p><

34、p>　　OUT DX,AL </p><p>　　MOV AL,LEDFEQ</p><p>　　OUT DX,AL ；以上為初始化8279</p><p>　　MOV DX,200H

35、 MOV AL,00H</p><p>　　OUT DX,AL ；以上為啟動0809 </p><p>　　MOV DX,218H</p>

36、<p>　　CHECK： IN AL,DX</p><p>　　TEST AL,01H</p><p>　　JZ CHECK </p><p>　　MOV DX,200H</p><p>

37、　　IN AL,DX ；檢測0809是否轉(zhuǎn)換完畢。</p><p>　　CMP AL,33H</p><p>　　JA C2</p><p>　　C1: MOV DX,D8279 ；如果轉(zhuǎn)化后的值介

38、于00H和33H之間執(zhí)行C1程序段。</p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT

39、 DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p>

40、<p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV

41、 AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p>&

42、lt;p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL ；以上為顯示占空比為1的波形。</p><p>　　MOV CX,25000</p><p>　　DELAY0: LOOP DELAY0 </p><p>　　JMP

43、 BLACK</p><p>　　C2: CMP AL,66H ；如果轉(zhuǎn)化后的值介于33H和66H之間執(zhí)行C2程序段。</p><p>　　JA C3</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV

44、 AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><

45、p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D82

46、79</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>

47、;　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL

48、 ；以上為顯示占空比為2的波形。</p><p>　　MOV CX,25000</p><p>　　DELAY1: LOOP DELAY1</p><p>　　JMP BLACK</p><p>　　C3: CMP AL,89H

49、 ；如果轉(zhuǎn)化后的值介于66H和89H之間執(zhí)行C3程序段。</p><p>　　JA C4</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,

50、D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>

51、;　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL&l

52、t;/p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>

53、　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL ；以上為顯示占空比為3的波形。</p><p>　　MOV CX,25000</p

54、><p>　　DELAY2: LOOP DELAY2</p><p>　　JMP BLACK</p><p>　　C4: CMP AL,11001100B ；如果轉(zhuǎn)化后的值介于89H和CCH之間，執(zhí)行C4程序段。</p><p>　　JA C5<

55、;/p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OU

56、T DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p>

57、;<p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV

58、 AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p>

59、<p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL ；以上為顯示占空比為4的波形。</p><p>　　MOV CX,25000</p><p>　　DELAY3: LOOP DELAY3 </p><p>　　JMP

60、 BLACK </p><p>　　C5: MOV DX,D8279 ；不滿足以上情況的就執(zhí)行C5程序。</p><p>　　MOV AL,08H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p

61、><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV

62、 DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p>&

63、lt;p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279</p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT

64、 DX,AL</p><p>　　MOV DX,D8279 </p><p>　　MOV AL,01H</p><p>　　OUT DX,AL ；以上為顯示占空比比為5的波形。</p><p>　　MOV CX,25000</p><p&g

65、t;　　DELAY4: LOOP DELAY4</p><p>　　JMP BLACK</p><p>　　BLACK: NOP</p><p>　　JMP START</p><p><b>　　CODE ENDS</b></p><p><b>

66、;　　END START</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p><b>　　第一方案</b></p><p>　　方案一的缺點(diǎn)是在電壓的大小方面，不能顯示更多幅值的電壓，只能實(shí)現(xiàn)三種電壓的模擬。但是優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崟r的掃描電壓的變化，較明顯的顯示電壓的變化，并且能夠暫停下來進(jìn)行觀察分

67、析，也是一個不錯的功能。當(dāng)然由于試驗(yàn)箱的局限性，不然我認(rèn)為完全可以讓這個實(shí)驗(yàn)的功能更加的強(qiáng)大。還有一個優(yōu)點(diǎn)是和很多的示波器一樣，我們制作的示波器也是以時間為X軸，以電壓的大小為Y軸，電壓的大小體現(xiàn)在幅值上。所以較為可觀。以下是實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖</p><p>　　以上兩張圖是實(shí)時掃描電壓的情況</p><p>　?。╝）

68、 （b）</p><p>　　圖a是顯示按下3波形暫停，圖b是顯示按下4繼續(xù)開始掃描</p><p><b>　　第二方案：</b></p><p>　　方案二的不足之處在于不具有很好的適應(yīng)性。如果脫離HKZK88實(shí)驗(yàn)箱，有很大的局限性。要顯示其他波形需重新編碼。但是該方案能較好的反應(yīng)模擬量電壓的大小。</p><p>

69、　　實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果圖如下所示。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)體會</b></p><p>　　在此次課程設(shè)計(jì)中，學(xué)到的最主要的就是8279的運(yùn)用，8279控制鍵盤和七段數(shù)碼管。在實(shí)驗(yàn)開始時，最主要的困難在于方案的確定和具體思路的實(shí)現(xiàn)問題。通過小組討論和請教老師，最終確定了實(shí)驗(yàn)方案。在方案確定的問題上，由于方案二的特殊性，在設(shè)計(jì)初期用到了8253,0809芯片也用了兩

70、次。后經(jīng)過分析，8253分頻的作用沒有起到很好的控制作用，0809芯片兩次進(jìn)行采集模擬量的做法也是沒有必要的，于是，最終確定用0809、8255、8279芯片。在編碼過程中遇到的主要問題是如何控制七段數(shù)碼管。先用8279對數(shù)碼管進(jìn)行控制，但由于方案二現(xiàn)實(shí)的波形是一定的，無法進(jìn)行像方案一那樣的編碼表的方案。后用8255對數(shù)碼管進(jìn)行控制，發(fā)現(xiàn)8255無法對單個數(shù)碼管進(jìn)行控制，只能一起控制。最后通過對8279的賦值，從而實(shí)現(xiàn)了顯示波形的功能。