基于单片机的存储示波器Word下载.docx
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基于单片机的存储示波器Word下载.docx
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Thistextprovidesakindofinbriefpracticaldigitalstorageoscilloscopesprojectofmachine.Thedesigntomainbeconstitutebyanelectriccircuitoffourmolds:
theheadsignalprocessingmoldpiece,datacollectwithsavingmoldpiece,keyboardimportationcontrolmoldpiece,amachinecontrolthemoldpieceandLCDshowthemoldpiece,Thesampleratecanattainthe1M,andhavethedatatocollect,themanifestationmenu,singletimetrigger,savingmanifestationetc.function.Thedigitalstorageoscilloscopesdevelopatthebeginningof70’sin20centuriesakindofnewshowamachine.Thiskindoftypeshowamachineandcancarryoutexpedientlytoimitateaformofsignaltocarryonlone-termsavingcanmakeuseofthemicroprocessorsysteminsidethemachinealsotosavingthesignaldointo-theprocessingthattread,forexampletoismeasureafrequencyofform,value,infrontandbackfollowtime,averagevalueetc.automaticdiagraphandvariouscomplicatedprocessingsesoftheparameter.Thedigitalstorageoscilloscopesmakethetraditionshowafunctionofmachinetotakeplacethegravenesschange.Thedigitalstorageoscilloscopesisakindofoscilloscopesaccordingtothetechnicalnewnumeralofcalculator,itsfirsthalfdepartmentisonepieceaccordingtotheprocessingandthemanifestationsystems.Thedigitalstorageoscilloscopestothesamplingofaformandsavingwiththemanifestationofaformistoseparateof,andcankeepthesignalwithlonghours,havingtheforerunneroftriggerandtheinput/outputfunctionofthenumericalsignal.
Keywords:
Oscilloscopes,DigitalStorage,High-speedADconversion,LCD
目录
.1绪论3
.2设计任务3
3方案论证和比较3
3.1处理器的比较和选择3
3.2信号前向调整模块的设计方案4
3.3A/D转换器选型方案4
3.4显示设备的选择4
4系统硬件设计4
4.1总体设计思路4
4.2信号前向调整模块5
4.3频率计的基本原理5
4.4MC9S12DG128B单片机系统6
4.7键盘设计24
6系统测试26
6.1测试仪器26
6.2测试数据与整机指标27
7 结束语27
8参考文献28
8附录29
附录1系统电路总图29
附录2制作实物图30
.1绪论
示波器作为一种十分有效的信号测试、调试工具,已从电子示波器发展到目前功能齐全、性能先进的多种数字示波器;
但由于数字示波器价格偏高,国内还普遍使用各种传统模拟示波器。
但它存在以下缺陷:
1.模拟示波器普遍采用分立元件,体积大、笨重。
2.它采用模拟电路,温漂、蠕动无法从根本上解决。
3.它智能化程度低,操作使用不便。
4.对非实验条件下的单次脉冲等信号无能为力。
因此,开发一种有信号采集、存储及分析处理的示波器,是十分有益的尝试。
.2设计任务
设计并制作一个简易数字存储示波器(简易DSO)。
2.1基本要求
(1)可以显示测量的波形,
(2)垂直灵敏度:
0.01V/div,0.02V/div,0.05V/div,0.1V/div,0.2V/div,0.5V/div,1V/div,2V/div,5V/div
误差≤5%;
(3)水平扫速:
30μs/div,50μs/div,100μs/div,200μs/div,500μs/div,1ms/div,2ms/div,5ms/div,10ms/div,20ms/div,50ms/div,100ms/div,200ms/div,1s/div,误差≤5%;
(4)可测量的模拟输入信号的电压范围在10mV-10V。
信号频率:
0.05Hz-30kHz
(5)单次触发、扩展、触发电平可调;
(6)显示波形无明显失真。
3方案论证和比较
根据设计任务的要求,必须实现信号的放大、衰减,采集和波形显示。
这需要选择合适的运放,A/D转换器,处理器和显示设备。
3.1处理器的比较和选择
方案一:
以AT89S51单片机为控制核心,对输入信号进行增益放大或衰减后,通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号后,通过单片机将数据锁存至外部RAM,然后再通过单片机将数据送至显示屏显示,这种方案结构较为简洁,但A/D的最高采样速度比较高,无法利用AT89S51单片机直接采集这样速率的数据。
方案二:
而由Freescale公司推出的MC9S12DG128B(以下简称DG128)处理器,片内资源包括8KRAM、128KFlash、2KEEPROM;
SCI、SPI、PWM串行接口模块,并且具有很高的处理速度。
检测的信号进行增益放大或衰减后,直接输入DG128单片机进行数据采集和处理,最后通过显示屏显示出波形。
方案比较:
DG128单片机的高速运算能力和较大的数据存储器,既可满足输入信号的采样速度和精度,又有足够的空间存储采集的数据,从而使得外围电路简单所以采用方案二。
3.2信号前向调整模块的设计方案
采用集成程控放大器(例如:
PGA103)作为信号的前向输入通道,根据输入信号的幅度选择不同的放大/衰减倍数,以达到A/D所要求的输入范围。
在系统前端采用集成器件,对抑制系统的噪声是很有帮助的,而且这种器件控制简单,使用方便。
为了使不同幅度的输入信号都能被A/D所采样,模拟输入信号需要放大或衰减,在采样电路的前端采用TI公司的OPA2132运算放大器应对输入信号进行一定的放大/衰减。
方案选择:
根据需要,输入信号的幅度范围为10mV~2V,则需要放大200倍,OPA2132运算放大器完全能满足要求。
因此选择方案二。
3.3A/D转换器选型方案
信号电压的数字转换决定着测量的精度与准确度,这是本设计的关键部分之一。
采用德州公司的ADS804E器件,该器件可将模拟信号转化为12位的数字信号,输出具有自动校准功能。
采样速度能够满足采样转换的要求。
采用MC9S12DG128B单片机自带的ADC,可将模拟信号转化为12位的数字信号,采样速度能够满足采样转换的要求。
MC9S12DG128B内部的A/D将接收到的经过处理的模拟信号进行实时采样,然后以逐次逼近的方式进行模数转换处理,最后存储在片内RAM中。
然后将RAM中的数据显示成波形。
DG128单片机的高速ADC完全可以满足本设计的要求,从成本和方便性考虑,选择方案二。
3.4显示设备的选择
使用点阵图形液晶显示模块12864显示,;
其显示分辨率为128×
64,利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,虽然分辨率不是很高,但也可以满足本设计的要求。
使用彩色的液晶显示屏,可以将波形显示的更加清晰,并且具有更高的分辨率。
但显示屏需要很多的I/0,还会消耗大量宝贵的RAM。
考虑到制作成本和简易示波器的设计要求,选择方案一比较合适。
4系统硬件设计
4.1总体设计思路
系统结构框图如图3-1。
4-1系统结构框图
4.2信号前向调整模块
输入信号在1—200倍可调放大。
电路如图4-2所示。
图4-2运放的设置
在输入信号为10mV时.运放放大200倍,幅度将达到2V,在ADC12的参考电压取2.5V时,转换数据为2/25*4096=3276。
在输入信号为200mV时,运放放大lO倍,幅度将达到2V,在ADC12的参考电压取2.5V时,转换数据为2/2.5*4096=3276。
在输入信号为2V时,运放放大1倍,幅度将达到2V,在ADC12的参考电压取2.5V时,转换数据为2/2.5*4096=3276。
根据以上分析,如此配置运放是完全可行的。
ADC12的配置为:
片内参考电压为2.5V;
P60为模拟输入信号A0,采样使用主动读取方式,非ADC12中断。
为了兼顾最快采样,采样与保持的时间取最小值。
4.3频率计的基本原理
频率计的基本原理是用一个频率稳定度高的频率源作为基准时钟,对比测量其他信号的频率。
通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数,此时我们称闸门时间为1秒。
闸门时间也可以大于或小于一秒。
闸门时间越长,得到的频率值就越准确,但闸门时间越长则没测一次频率的间隔就越长。
闸门时间越短,测的频率值刷新就越快,但测得的频率精度就受影响
测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速,以及便于实现测量过程自动化等优点,是频率测量的重要手段之一。
电子计数器测频有两种方式:
一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;
二是
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- 基于 单片机 存储 示波器