【正文】 華北理工大學(xué)輕工學(xué)院Qing Gong College North China University of Science and Technology畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：專業(yè)班級(jí)：測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué) 部：信息科學(xué)部指導(dǎo)教師： 2015年5月30日 摘 要 摘 要數(shù)字存儲(chǔ)示波器是依據(jù)數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的智能化示波器，現(xiàn)在已經(jīng)成為電子測(cè)量領(lǐng)域的基礎(chǔ)測(cè)量?jī)x器。數(shù)字存儲(chǔ)示波器的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中，對(duì)相關(guān)儀器的研發(fā)與創(chuàng)新具有深遠(yuǎn)意義。隨著技術(shù)與元器件的發(fā)展與創(chuàng)新，數(shù)字存儲(chǔ)示波器正在向?qū)拵Щ⒛K化、多功能和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。數(shù)字存儲(chǔ)示波器可以實(shí)現(xiàn)高帶寬和強(qiáng)大的分析能力。高端的數(shù)字存儲(chǔ)示波器實(shí)時(shí)帶寬已經(jīng)可以達(dá)到20GHz，可以廣泛的應(yīng)用各種千兆以太網(wǎng)、光通訊等測(cè)試領(lǐng)域。而中低端的數(shù)字存儲(chǔ)示波器已經(jīng)可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的通用測(cè)試，也可以廣泛應(yīng)用于高校及職業(yè)院校的教學(xué)。但是現(xiàn)在國內(nèi)外數(shù)字存儲(chǔ)示波器在幾千到幾十萬不等，普遍價(jià)格偏高，不適用于簡(jiǎn)單用途的使用與測(cè)量。所以這里介紹了數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理與基本概念并設(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，簡(jiǎn)化制作成成本，并能實(shí)現(xiàn)其基本功能與主要技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)AbstractDigital storage oscilloscope is based on the development of Digital IC technology and intelligent oscilloscope, now electronic measurement field of basic measurement instrument. The technology of digital storage oscilloscope is the data acquisition, which has been widely used in data acquisition products, and it has farreaching significance for the development and innovation of the related instruments..With the development and innovation of technology and ponents, digital storage oscilloscope is developing to broadband, modular, multifunction and network.. Digital storage oscilloscope can achieve high bandwidth and strong analytical skills. High end digital storage oscilloscope realtime bandwidth has been reached 20GHz, can be widely used in various Gigabit Ethernet, optical munications and other test areas. And the lowend digital storage oscilloscope has been widely used in various fields of universal testing, can also be widely used in Colleges and universities and vocational colleges teaching.But now the digital storage oscilloscope at home and abroad, ranging from thousands to hundreds of thousands, the general price is high, not for simple purposes and measurement. So here the basic concepts and principles of digital storage oscilloscope and design a simple digital storage oscilloscope based on MCU, simplify the production cost and realize the basic functions and main technical indicators.Keywords: data acquisition microcontrollerI目 錄目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 選題的背景意義和研究現(xiàn)狀 1 選題的背景意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 2 2 設(shè)計(jì)的基本要求 2第2章 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理 3 3 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理 3 3 3 4 4 4 4 6 6 6 7 7 7 7 7第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 9 STC15W4K60S4系列單片機(jī) 9 LCD12864 9 11第4章 系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計(jì) 13 13 13 數(shù)字存儲(chǔ)示波器系統(tǒng)流程圖 13第5章 結(jié)論和展望 15 15 15致 謝 16參考文獻(xiàn) 17附錄一 18III第2章 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理第1章 緒論 選題的背景意義和研究現(xiàn)狀 選題的背景意義據(jù)IEEE的文獻(xiàn)記載1972年英國Nicolet公司發(fā)明了世界第一臺(tái)數(shù)字存儲(chǔ)示波器，到1996年惠普科技發(fā)明了世界第一臺(tái)混合信號(hào)示波器。數(shù)字示波器自從上個(gè)世紀(jì)七十年代誕生以來。應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，已成為測(cè)試工程師的必備工具。21世紀(jì)是一個(gè)技術(shù)和科學(xué)都在飛速發(fā)展的時(shí)代，隨著自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，電子測(cè)量技術(shù)也獲得了巨大的發(fā)展。數(shù)字示波器就是存儲(chǔ)波形以及對(duì)多種信號(hào)的計(jì)算、分析、處理等優(yōu)異的性能逐步取代模擬示波器。數(shù)字示波器可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行一次性的采集，將波形存儲(chǔ)起來，還可以通過操作波形的位移來觀察波形的任何一個(gè)部分。在測(cè)量領(lǐng)域示波器是最常用的電子儀器之一，但是傳統(tǒng)的示波器都存在一定的缺點(diǎn)。模擬示波器無法存儲(chǔ)波形和監(jiān)視實(shí)時(shí)信號(hào)，而示波器雖然擁有這些功能，但是卻價(jià)格昂貴，而且都存在體積過于笨重、操作過于繁瑣、不方便攜帶、耗電量大與不便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等缺點(diǎn)，給實(shí)際應(yīng)用帶來了相當(dāng)多的不便。為了將書本上的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，而且了解到作為電子儀器將來有非常廣闊、巨大的發(fā)展空間，所以我選擇了數(shù)字存儲(chǔ)示波器這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從示波器發(fā)明至今，微處理技術(shù)和數(shù)字集成電路得到了迅速發(fā)展，示波器也已經(jīng)開始融合這些技術(shù)了來使用各種需要。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，示波器由電子管發(fā)展到晶體管，又發(fā)展到集成電路；由模擬電路發(fā)展到數(shù)字電路；由通用示波器發(fā)展到取樣、數(shù)字、邏輯、記憶、存儲(chǔ)、智能化示波器等十大系列、幾百樣品種。美國Tektronix公司建立于1947年，已經(jīng)有了9大系列，100多種產(chǎn)品，產(chǎn)品遍及全球，已經(jīng)是是世界公認(rèn)的示波器權(quán)威。目前主要的生產(chǎn)廠家是美國的安捷倫公司、泰克公司、力科公司、臺(tái)灣的固緯公司、國內(nèi)的中國電子科技集團(tuán)第41研究所和北京普源精電公司等。自1951年以來，我國在示波器生產(chǎn)研發(fā)方面也取得了非常大的進(jìn)展，現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)寬帶、記憶、高靈敏度、邏輯、數(shù)字存儲(chǔ)等各類示波器，而且一些種類示波器的主要技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。在20世紀(jì)30年代是電子示波器時(shí)代，1985年示波器寬帶達(dá)到了100MHz。20世紀(jì)50年代是晶體管示波器階段，由于采用了晶體管元件，示波器寬帶突破了100MHz達(dá)到了150MHz，在1969年又達(dá)到了300MHz。20世紀(jì)70年代是集成化示波器階段，集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)了示波器的小型化和高性能、高準(zhǔn)確性。1971年問世的微處理器，讓示波器的寬帶達(dá)到了500MHz，1979年達(dá)到了1GHz的高峰。1972年第一臺(tái)數(shù)字示波器問世，它對(duì)示波器的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。1973年同時(shí)出現(xiàn)了邏輯定時(shí)分析儀和邏輯狀態(tài)分析儀標(biāo)志著示波器測(cè)量已經(jīng)跨入了數(shù)領(lǐng)域。1974年發(fā)表的帶微處理器的示波器，預(yù)示著示波器的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。80年代以來，示波器正朝著智能化、數(shù)字化飛速發(fā)展，示波器的技術(shù)日新月異，新的產(chǎn)品層出不窮。 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求數(shù)字存儲(chǔ)示波器是利用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)把被測(cè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后存入隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)中,需要顯示的時(shí)候?qū)AM中的內(nèi)容調(diào)出,通過相應(yīng)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A)在恢復(fù)為模擬信號(hào)顯示在示波器屏幕上,便于人們記錄、觀察波形，而且可以將獲得的信息進(jìn)一步的處理、分析。所以要求設(shè)計(jì)能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和顯示，掃描頻率可調(diào)，波形無明顯失真，設(shè)計(jì)硬件控制電路，畫出硬件設(shè)計(jì)原理圖，編寫相應(yīng)的控制軟件，并進(jìn)行對(duì)信號(hào)的實(shí)際測(cè)試與調(diào)試。 設(shè)計(jì)的基本要求設(shè)計(jì)的需求是利用單片機(jī)進(jìn)行控制，基于51單片機(jī)和液晶顯示的示波器。適合5V—5V信號(hào)的采集，頻率測(cè)量0—10000Hz，%，寬帶可達(dá)到0—10KHz，電壓測(cè)量范圍0V—5V，液晶顯示使用LCD12864，觸發(fā)電平（+/），耦合方式有交流耦合和直流耦合，可以識(shí)別正弦波、三角波、方波。第2章 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的組成原理數(shù)字示波器是數(shù)據(jù)采集，A/D轉(zhuǎn)換，軟件編程等一系列的技術(shù)制造出來的高性能示波器。數(shù)字示波器一般支持多級(jí)菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的保存和處理。目前高端數(shù)字示波器主要依靠美國技術(shù)，對(duì)于300MHz帶寬之內(nèi)的示波器，目前國內(nèi)品牌做的示波器在性能上已經(jīng)可以和國外品牌抗衡，且具有明顯的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。數(shù)字示波器因具有波形觸發(fā)、存儲(chǔ)、顯示、測(cè)量、波形數(shù)據(jù)分析處理等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，其使用日益普及。由于數(shù)字示波器與模擬示波器之間存在較大的性能差異，如果使用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，從而影響測(cè)試任務(wù)。帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。模擬示波器的帶寬是一個(gè)固定的值，而數(shù)字示波器的帶寬有模擬帶寬和數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬兩種。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)采用順序采樣或隨機(jī)采樣技術(shù)所能達(dá)到