【正文】 月異，新的產(chǎn)品層出不窮。 1971年問(wèn)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。自 1951 年以來(lái)，我國(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。 國(guó)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(kāi)始融合這些技術(shù)了來(lái)使用各種需要。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(lái)，還可以通過(guò)操作波形的位移來(lái)觀察波形的任何一個(gè)部分。數(shù)字示波器自從上個(gè)世紀(jì)七十年代誕生以來(lái)。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)。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。 但是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外數(shù)字存儲(chǔ)示波器在幾千到幾十萬(wàn)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。應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，已成為測(cè)試工程師的必備工具。 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)。經(jīng)過(guò)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。 華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 2 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。1972 年第一臺(tái)數(shù)字示波器問(wèn)世，它對(duì)示波器的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。 設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 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)?RAM 中的內(nèi)容調(diào)出 ,通過(guò)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。 第 2 章 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理 3 第 2 章 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本原理 數(shù)字示波器的基本原理 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(lái)的高性能示波器。 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。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)到的最高帶寬為示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)帶 寬與最高數(shù)字化頻率和波形重建技術(shù)因子 K 相關(guān)（數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬 =最高數(shù)字化速率 /K），一般并不作為一項(xiàng)指標(biāo)直接給出。所以在測(cè)量單次信號(hào)時(shí)，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬，否則會(huì)給測(cè)量帶來(lái)意想不到的誤差。 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。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。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。 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)。 放大顯示 :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)。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。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。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。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)。取樣速率主要由 AD轉(zhuǎn)換速率來(lái)決定。它包括垂直 分辨率和水平分辨率。一般示波管屏幕上的坐標(biāo)刻度為 8*10div，如果采用 8位的 AD轉(zhuǎn)換器，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=%：如果采用容量為 1k的 RAM，則水平分辨率為 1024/10=100點(diǎn) /div。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。 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，存儲(chǔ)到波形存儲(chǔ)器中。在本設(shè)計(jì)中，硬件設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分 ——— 波形顯示電路和頻率顯示電路，波形顯示電路中，首先使用 A/D 轉(zhuǎn)換器，對(duì)輸入的 模擬信號(hào)數(shù)字化，以使單片機(jī)能夠識(shí)別，同時(shí)，還要使用單片機(jī)控制 A/D轉(zhuǎn)換器。加密性超強(qiáng)指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 8— 12 倍。 圖 STC15W4K6054 原理圖 LCD12864 表 總體參數(shù)表 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC ~+5V 電源正 華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 10 3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“ H” ,表示 DB7—— DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“ L” ,表示 DB7—— DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,數(shù)據(jù)被讀到 DB7—— DB0 R/W=“ L” ,E=“ H→ L” , DB7—— DB0 的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 IR或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8位或 4 位并口方式， L：串口方式 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效 18 VOUT LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（ +5V） 20 K VSS 背光源負(fù)端 12864 是 128*64 點(diǎn)陣液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡(jiǎn)稱。 LCD12806 電路原理圖如圖 。例如：我們?cè)谟?jì)算電壓值的時(shí)候，我們可以通過(guò)波形進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)繼電器選擇下面的時(shí)候直流就可以通過(guò)，將交流隔掉了。 圖 波形抬高示意圖 TL431 可以產(chǎn)生一個(gè) 的基準(zhǔn)源，加上 之后進(jìn)行跟隨，再進(jìn)行一下濾波，然后送到單片機(jī)內(nèi)部 ADC 中去，這是一個(gè)前衛(wèi)電路，單片機(jī)信號(hào)為 0V—5V，當(dāng)大于 5V 單片機(jī)接收就有可能燒毀，所以最好做一個(gè)保護(hù)裝置，將電壓限制在 5V 以內(nèi)，根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕懊媸歉S器通過(guò)電容去掉直流信號(hào)留下交流信號(hào)，又通過(guò)過(guò)零比較器可以產(chǎn)生一個(gè)方波，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)相鄰波峰電壓或者波形周期就可以得到頻率。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。然后分別由 C51及 A5l編譯器編譯 生成目標(biāo)文件。示波器軟件采用 C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)，完成對(duì)人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)硬件、波形參數(shù)分析等的控制。圖 。 (2).針對(duì)設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，確定了存儲(chǔ)示波器波形采樣和數(shù)據(jù)處理及波形重組的硬件和軟件方案。 展望 由于時(shí)間和條件的限制，本系統(tǒng)也存在一些不足之處，可在今后的工作中改進(jìn)。如能將本系統(tǒng)中的主控芯片單片機(jī)換成 ARM，則該系統(tǒng)的能力將大大提高 (3).對(duì)于采集到的數(shù)字信號(hào)的處理可以采用 DSP 高速數(shù)字信號(hào)處理芯片，這樣更能顯示出系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和靈敏性。 首先感謝郭慧娜老師，感謝您在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。 感謝華北理工大學(xué)輕工學(xué)院的所有 老師，你們四年的教誨，讓我成熟進(jìn)步許多；感謝測(cè)控技術(shù)與儀器班的所有同學(xué)，你們?nèi)缧值芙忝冒愕膸椭?，讓我感受到友誼的珍貴。世界電子元器件， 2020.（ 01） [3] 趙紅菊，基于 CPLD 的數(shù)字存儲(chǔ)示波器。如何選擇合適的波形儀器：數(shù)字存儲(chǔ)示波器或數(shù)字化儀表。儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)， 1998， （ 03） [9] 周德新，王鵬，范守正，朱鴻林。智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2020 附錄 18 附錄一 數(shù)字存儲(chǔ)示波器主程序 void DelayMs( int t ) { int i 。 P0M1 = 0x00。 P1M1 = P1M1 | 0x48 。 PCA_Init()。 LCD_RAM_Write( 0xf8 )。 while( ADC_Length 512 ){ //SwitchWork()。 if( iloop == 5 ) { LCD_RAM_Write( 0xde )。 iloop = 0 。 sbit p_rs = P1^2。 code char PointCode[8] = { 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80 } 。 void set_startline(unsigned char i) 。 void LCD_RAM_Point( unsigned char x, unsigned char y ) 。 unsigned char LCD_RAM_F( unsigned char x , unsigned char y , unsigned short f ) 。 //延時(shí) void delay(unsigned int k) { k = k*12。 p_rs=0。 delay(1)。 p_rs=1。 delay(1)。 } //定位 X方向， Y方向 void set_xy(unsigned char x,unsigned char y) 附錄 22 { x=x+0x40。 } //屏幕開(kāi)啟、關(guān)閉 void dison_off(unsigned char o) { o=o+0x3e。 wdata(dd,1,0)。 wdata(dd,0,1)。 dison_off(0)。x128。 } void WriteAllToLCM(unsigned char Mode ) { // 0x00 : write all area // 0x0f : write simple area // 0xf0 : write data area unsigned char i = 0, j = 0 。 i++ ){ for( j = 0 。 } } break。 j 7 。 case 0xf0: for( i = 0 。 } break。 LCD_RAM[offset] |= PointCode[y%8] 。 } void LCD_RAM_Char5_8( unsigned char x, unsigned char y , unsigned char *p ) { LCD_RAM_Byte( x , y , *p ) 。 p++ 。 x++ 。 LCD_RAM_Byte( x , y , *p ) 。 i++ ){ LCD_RAM_Point( i , 0 ) 。 i 55 。 } } unsigned char LCD_RAM_F( unsigned char x , unsigned char y , unsigned short f ) { unsigned char dat, add , zero_flag = 0 。 LCD_RAM_