【正文】 東生， Protel 99 SE電路設(shè)計技術(shù)入門與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社， 2021 [5]侯繼紅、李向東， PROTEL99SE實用技術(shù)教程，中國電力出版社， 2021 [6]張勇、李東生、晁冰， Protel D)口電路設(shè)計教程，電子工業(yè)出版社， 2021 [7]孫頻東、曹江，電子設(shè)計自動化 (第二版 )，化學(xué)工業(yè)出版社， 2021 [8]唐競新，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社， 2021 [9]張英全、侯方勇，數(shù)字電子技術(shù)，機械工業(yè)出版社， 2021 [10]韋建英，數(shù)字電子技術(shù)，中國人民大學(xué)出版社， 2021 [11]清源計算機工作室，原理圖與 PCB及仿真，機械工業(yè)出版社， 2021 [12]路林吉、王堅、江龍康，可編程控制器原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社， 2021 [13]夏路易、石宗義，電路原理圖與電路板設(shè)計教程 PRoTEL 99SE，北京希望 電子出版社， 2021 [14]Eugene Olafsen， MFC Visual C++編程技術(shù)內(nèi)幕，機械工業(yè)出版社， 2021 [15]IMP809/810 DataSheet，電子工業(yè)出版社， 1998 [16]AMSlll7 DataSheet，電子工業(yè)出版社， 1998 32 致 謝 值此論文完成之際，謹(jǐn)向所有關(guān)心和支持我的人致以衷心的感謝 ! 首先衷心感謝 鄧 奕 老師， 本論文是在導(dǎo)師鄧奕 老師 的悉心指導(dǎo)下順利完成的， 她為了本人論文的完成花費了大量的心血，特別是在我因為生病住院期間，鄧?yán)蠋熃?jīng)常跟我聯(lián)系，關(guān)心我的病情和了解我論文的進度，及時幫我解決我碰到的問題。 最后感謝我的家人，在我求學(xué)期間給予大力的支持和關(guān)懷，感謝所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)、親人和朋友，他們的支持和鼓勵 是我人生以后不斷進步的強大動力。鄧?yán)蠋熢诶碚摲治?、論文組織 和論文撰寫等許多方面所給予我的指導(dǎo)和幫助，令我終生難忘 ，謹(jǐn)向鄧奕 老師 致以崇高的敬意和誠摯的感謝。 (4)接口 此 DSO通過并口與 PC相連，這樣做是為了簡化設(shè)計，并口的數(shù)據(jù)傳輸率雖然高于串口，但卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及 USB接口的速度快。因此， DSO控制軟件就可以提供模擬信號輸入的實時顯示，這將大大減少為特定的應(yīng)用來設(shè)置 DSO所需的時間。如果在采樣過程中， RCLK能直接由 CPLD來控制的話，就可以降低 WCLK的頻率。例如，邏輯分析儀模式時，設(shè)置的 lx001xxox序列也能夠用來對 DSO采集數(shù)據(jù)進行觸發(fā)， (其中 X代表不確定的位，可為 l也可為 O)。因此，通過設(shè)置一串觸發(fā)點 的值來實現(xiàn)觸發(fā)機制是相當(dāng)有用的。 由于時間緊迫以及本人知識水平有限，研究工作還很不全面和深入，此系統(tǒng) 今后 在以下幾方面 待改進與完善 ，時間充裕的情況下，實踐制作出實物。窗口函數(shù)是一種callback回調(diào)函數(shù)， callback表示這些函數(shù)是被 windows調(diào)用的，在程序中不能自己直接調(diào)用。 、所對應(yīng)快捷鍵的快捷表、應(yīng)用圖標(biāo)和一些 GUI中所用到了的一些圖。設(shè)置主窗口的一些基本參數(shù)后，就調(diào)用系統(tǒng)函數(shù) RegisterClassEx()和CreateWindow()來注冊和創(chuàng)建這個窗口，然后調(diào)用了系統(tǒng)函數(shù) ShowWindow()和UpdateWindow()用來在屏幕上顯示出主窗口界面。這是使消息循環(huán)鏈和硬件 I/O并行執(zhí)行的有效方法。除了對用戶產(chǎn)生事件響應(yīng)外，當(dāng)顯示區(qū)域無效時，消息系統(tǒng)被用來觸發(fā)一個應(yīng)用窗口的重新繪制，例如重新調(diào)整窗口大小時。每一個應(yīng)用程序都會有一個消息循環(huán)鏈來檢查等待隊列中的消息。主程序的具體流程見圖 51所示 。下一步是初始化數(shù)據(jù)存儲區(qū)域和各個參數(shù)變量。 程序中包含了一個全局的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) scope_data_struct，它含有以下信息： pre trigger： 預(yù)觸發(fā)值 trig_value：觸發(fā)電平值 trig_sel：觸發(fā)源選擇，其值分別表示 0：外觸發(fā) 1：通道 A， 通道 A＆通道 B，通道 A or 通道 B 2：通道 B 3：無 trig_falling：觸發(fā)值比較 O：信號值大 于設(shè)定的觸發(fā)值 l：信號值小于設(shè)定的觸發(fā)值 clock_div： DSO的時鐘信號頻率選擇 scope_mode： DSO通道模式，其值分別表示 0：雙模擬通道模式 l：單模擬通道模式 2： 16位邏輯分析儀模式 3：混合模式 (通道 A為邏輯通道，通道 B為模擬通道 ) data(聯(lián)合 )：數(shù)據(jù) dual channel struct(結(jié)構(gòu) )：雙通道模式的數(shù)據(jù) 26 a[FIFO SIZE]：通道 A的數(shù)據(jù) b[FIFO SIZE]：通道 B的數(shù)據(jù) logic[FIFO_SIZE]： 16位邏輯分析儀模式時的數(shù)據(jù) single_channel[FIFO_SIZE*2]：單通道模式的數(shù)據(jù) 因為 DSO采集到的有關(guān)的信號信息以及用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)信息都存放在這個全局結(jié)構(gòu)中，所以對這個結(jié)構(gòu)進行操作，便能實現(xiàn)相關(guān)信息的處理。 開 始 系統(tǒng)初始化 鍵盤掃描 選擇通道 1， 2或雙蹤 以實時方式工作，并等待鍵盤指令 調(diào)節(jié)x軸分辨率 調(diào)節(jié)y軸分辨率 調(diào)節(jié)觸發(fā)電平 單 次 采 集 singe 執(zhí)行或停止 測峰峰值 Vpp 25 圖 51 系統(tǒng)軟件的總體流程圖 程序從主程序 ()開始執(zhí)行，它會調(diào)用到圖形用戶界面顯示程 ()中的全局函數(shù)用來在屏幕上顯示出窗口，而圖形用戶界面顯示程序中又將調(diào)用繪圖程序 ()的函數(shù)來繪制 DSO所采集到的數(shù)據(jù)波形。 24 5 數(shù)字 存儲 示波器的軟件設(shè)計 DSO控制軟件總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)軟件的總體流程如圖 51 所示。系統(tǒng)的電源部分為 +5V， +12V 及 12V 三種供電方式。 23 圖 47 開關(guān)切換電路 的設(shè)計 本系統(tǒng)以 AT89C52 為核心。 的設(shè)計 理論上嚴(yán)格的雙蹤示波器應(yīng)對兩路信號同時采樣，那麼就需要兩個高速A/D，及其前端電路。 圖 45 鋸齒波產(chǎn)生電路 22 圖 46 觸發(fā)電路 觸發(fā)電平由單片機通過 D/A(MAX508)輸出，通過比較器與輸入信號相比較，從而得到觸發(fā)信號。 21 圖 44 波形顯示局部電路 鋸齒波形成電路 根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，在可編程器件 EPM7128SLC8415 的內(nèi)部搭建的計數(shù)電路很容易產(chǎn)生毛刺，使輸出鋸齒波不穩(wěn)定，因而我們選用硬件電路計數(shù)產(chǎn)生鋸齒波。我們選用的 DA 是 DAC0800，它的輸出電流建立時間為 100ns,即 10MHZ，滿足數(shù)據(jù)輸出的速度要求。但是為了在示波器上顯示字符就必須選用 X－ Y方式。該芯片用單 5V供電，轉(zhuǎn)換速率最高可達到 20MPS，內(nèi)部帶有采樣保持電路和基準(zhǔn)電阻。分析如下： 圖 42 高速數(shù)據(jù)采集 電路 設(shè)掃描速度為 Xs/div,要求水平分辨率為 20點 /div,所以每點的取樣時間間隔為 X/20s,即取樣信號的頻率為 20/X HZ。 MAX817 的單位增益 3DB 截止頻率為50MHZ，可保證對頻率小于 50KHZ 的信號進行 100倍放大。 18 4 數(shù)字 存儲 示波器的硬件設(shè)計 本系統(tǒng)設(shè)計采用 單片機 +CPLD結(jié)構(gòu)。 位 5是 PCD位 (Parallel Control Direction)，用于并行接口的內(nèi)部，是并行接口方向控制位．在打印機方式里 ，此位無效，因為在打印機方式下不管此位設(shè)置為何值方向總是輸出的。 位 4是中斷請求使能位，用于并行接口內(nèi)部。 位 1寫入的邏輯值經(jīng)取反后輸出到 AUTOFD信號線上，向該位寫 1，使 AUTOFD信號線維持低電平，使打印機每打印一行自動走紙一行；向該位寫 0， 取消自動走紙。當(dāng) CPU對該寄存器進行 I/O寫訪問時，該寄存器在 Low信 號的上升沿 處鎖存 CPU的寫數(shù)據(jù)，然后把鎖存的寫數(shù)據(jù)輸出到打印機的控制信號線上。 位 5鎖存的是 PE輸入引腳的狀態(tài)，該位為 1表示打印紙已用完；為 0表示還有打印紙。 狀態(tài)端口寄存器 CPU通過這個只讀寄存 器輸入外部設(shè)備的狀態(tài)信息，當(dāng) CPU對該寄存器進 行讀訪問時，各對應(yīng)狀態(tài)信號線上的現(xiàn)行狀態(tài)信息鎖存于這個寄存器中并送至 CPU。 數(shù)據(jù)端口寄存器 CPU通過這個寄存器與外部設(shè)各傳送并行數(shù)據(jù)。 USB接口雖然有很高的數(shù)據(jù)交換速度，但它的控制協(xié)議相對并口而言要復(fù)雜得多。因此 ，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性，需要 RCLK和 WCLK中至少有一個大于 1MHz。若讀重置 (/RRST)被拉低，在讀時鐘脈沖到來時，讀指針被清零。若寫重置 (/WRST)被拉低， 在寫時鐘脈沖到來時，寫指針被清零。所以，幀緩沖器也叫做先進先出緩沖器 (First In First Out Buffers， FIFO’ s)。寫指針的值會隨著數(shù)據(jù)的寫入而遞增，或者在開始寫入時被清零。對很多幀緩沖器來說，外部數(shù)據(jù)總線雖然是 8位，但其內(nèi)部 的 確使用了很寬的數(shù)據(jù)總線，這樣就 14 可以通過數(shù)據(jù)并行提高數(shù)據(jù)傳送速率。另外，這樣的幀緩沖器通常集成了基本的存儲器控制邏輯，可以方便和簡化整個電路設(shè) 計。 雖然選用讀、寫端口分開的存儲器并不是一定需要的，但是選擇雙端口的存儲器將大大簡化系統(tǒng)的設(shè)計。其數(shù)據(jù)輸出可以兼容 TTL和 CMOS電平。信號經(jīng)緩沖送入片上的“ sampleandhold”電路。 本文中 DSO系統(tǒng)采用 8位的二進制數(shù)據(jù)進行存儲轉(zhuǎn)換，那么選擇 DSO的條件之一是：分辨率為 8位 ， 最高采樣率約為40MHz。 轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字的位數(shù)就是 ADC的分辨率。所以我們選用了基于 EEPROM技術(shù)的 EPM240。 (由于購買時供應(yīng)商只能提供帶 C5后綴的器件，所以我們沒有選擇速度最快的 EPlVl240T100C3。 它是 ALTERA推出的 MAX II器件系列，是迄今成本最低的 CPLD。通過對邏輯單元和他們之間的連接關(guān)系進行配 12 置，構(gòu)建復(fù)雜的邏輯系統(tǒng)。 FPGA是現(xiàn)場可編程邏輯陣列 (Field Programmable Gate Array)的英文縮寫，是可編程邏輯器件的一種。 RST（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位 單片機 ，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 FLASH 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司 的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元， AT89C52 單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。由于EPM7128SLC8415 的硬件資源不是十分豐富，為了以后功能擴展方便，所以我們選用了兩片該器件分別控制著模擬信號的采樣以及采樣數(shù)據(jù)的輸出，用單片機控制并協(xié)調(diào)它們之間的工作。如果選擇用兩路模擬輸入，并使得二者的相位相差 180度，就可能得到雙倍 的等效采樣率 。 除了觸發(fā)控制之外，控制邏輯中還包含了其他高級模式，比如預(yù)觸發(fā)模式。由于可編程器件的工作頻率很高，所以用它控制高速 A/D 工作是合適的，同時又有著 MAXPLUSII 這樣強大的軟件予以支持，所以設(shè)計調(diào)試都會變得十分方便。但是，很多 DSO或是邏輯分析儀的內(nèi)存都不夠大，僅能存儲幾千個采樣點 (有時甚至低至幾百個采樣點 )，存儲時間也只 有幾個毫秒。一臺DSO 的記錄時間長度是由采樣速率和存儲深度決定的，三者之問的關(guān)系可以用式(24)表示： 記錄時長 =存儲深度 247。 通常，示波器沿著水平軸顯示 512采樣點，為了便于使用，這些采樣點以每格 50個采樣點的水平分辨率來進行顯示，這就是說水平軸的長為 512/50=格。通常定義示波器靈敏度下降 3dB時的頻率為示波器的帶寬，也就是說示波器的帶寬是以正弦波幅度衰減 3dB 點為定義的。 (7)觸發(fā)功能先進與模擬示波器不同 ， 數(shù)字存儲示波器不僅能顯示觸發(fā)后的信號 ， 而且能顯示觸發(fā)前的信號還可以任意選擇超前和滯后的時間。 (4)存儲時間長 ， 由于數(shù)字存儲示波器是把模擬信號用數(shù)字方式存儲起 來 ， 因此 ， 其存儲時間理論上可以無限長?？蓮淖畛醪蓸铀俾实扔趦杀稁捥岣咧廖灞渡踔潦?。數(shù)據(jù)采集模塊采用可編程器件 (EPM7128SLC8415)控制高速 A/D(TLC5510)對不同頻率的輸入信號分別以相應(yīng)的采樣