【正文】 信息。 在本系統(tǒng)所采用的串口編程模式下， MC12429 在串行時(shí)鐘輸入 S_CLOCK的 上升沿對(duì)串行數(shù)據(jù)輸入引腳 S_DATA 電平進(jìn)行采樣，并將采樣得到的數(shù)據(jù)移入 14 位的移位寄存器中，所有的數(shù)據(jù)傳輸完后通過(guò) S_LOAD 的下降沿將移位寄存器的值鎖存到相應(yīng)的分頻計(jì)數(shù)器中，達(dá)到設(shè)定輸出頻率 FOUT 的目的。為了節(jié) 省控制引腳，本系統(tǒng)采用串口編程模式，系統(tǒng)所需的采樣時(shí)鐘從 TEST引腳輸出。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 20 第四章 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是 數(shù)字存儲(chǔ) 示波 器 的核心 部分，它完成由模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，即模擬信號(hào)經(jīng)通道調(diào)理后進(jìn)入 ADC，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再將這些數(shù)字量存入緩存器 FIFO，由 ARM 讀回進(jìn)行計(jì)算處理，最后送去顯示。 圖 38 不正常觸發(fā)時(shí)顯示的波形 圖 39 正常觸發(fā)時(shí)顯示的波形 在本系統(tǒng)中，共設(shè)置了上升沿和下降沿兩種觸發(fā)方式，這種觸發(fā)信號(hào)來(lái)源于整波電路，見(jiàn) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 3. 信號(hào)放大電路 當(dāng)被測(cè)信號(hào)電壓過(guò)大時(shí)需要進(jìn)行衰減，同樣，當(dāng)被測(cè)信號(hào)電壓過(guò)小時(shí)，就要對(duì)其進(jìn)行電壓放大 ，以得到最佳的 ADC 轉(zhuǎn)換精度。 現(xiàn)設(shè)置當(dāng) Xout 連接到不同的 Xn 時(shí)，電壓 衰減 倍數(shù)如 表 032： 表 02 所選開(kāi)關(guān)和電壓 衰減 倍數(shù)關(guān)系 開(kāi)關(guān)選擇 電壓 衰減 倍數(shù) Xout－ X0 20 Xout－ X1 16 Xout－ X2 12 Xout－ X3 8 Xout－ X4 4 Xout－ X5 2 為了滿足 表 032 的倍數(shù)關(guān)系，由1 fv RA R??，運(yùn)放的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有如下關(guān)系： 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 14 3226 27 28 29 30 3131 3226 27 28 29 3030 31 3226 27 28 2929 30 31 3226 27 2828 29 30 31 3226 2727 28 29 30 31 3226120116112181412RR R R R R RRRR R R R RR R RR R R RR R R RR R RR R R R RRRR R R R R RR???? ? ? ? ??????? ? ? ??? ????? ? ???? ? ?? ?? ???? ? ? ???? ??? ? ? ? ????? (1) 對(duì)上述方程組進(jìn)行整理，可得： 26 27 28 29 30 31 3226 27 28 29 30 31 3226 27 28 29 30 31 3226 27 28 29 30 31 3226 27 28 29 30 31 3226 27 28 29 30 31 322 0 01 6 1 6 01 2 1 2 1 2 08 8 8 8 04 4 4 4 4 02 2 2 2 2 2R R R R R R RR R R R R R RR R R R R R RR R R R R R RR R R R R R RR R R R R R R? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 0??????????? (2) 此方程組共 6 個(gè)方程， 7 個(gè)未知量，屬不完 全 約束，有無(wú)窮多組解，但要人工計(jì)算得到一組合適 的 解是比較麻煩的，為此可以借助 MATLAB 強(qiáng)大的計(jì)算能力來(lái)解決。 MAX4187 為 270MHz 四通道電流反饋型運(yùn)算放大器 [9]。 Thumb 代碼僅為 ARM 代碼規(guī)模的 65%，但其性能卻是連接到 16 位存儲(chǔ)器系統(tǒng)的相同 ARM 處理器性能的 160%。 ARM 結(jié)構(gòu)是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ RISCReduced Instruction Set Computer） 原理而設(shè)計(jì)的，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡(jiǎn)單得多。 基于 uC/OSII 具有以上優(yōu)點(diǎn)，我們選用 uC/OSII 作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。 uC/OSII 是可裁剪的，用戶可以根據(jù)自己的需要決定使用內(nèi)核中的多少成分。它有很好的穩(wěn)定性和可靠性。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們選用的是 LPC2138 控制器。 嵌入式系統(tǒng)包含了硬件和軟件兩個(gè)方面，其中硬件主要由嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、 I/O 端口以及相關(guān)外圍器件和電路組成， 軟件部分主要由 嵌入式操作系統(tǒng)及相應(yīng)的應(yīng)用 軟件系統(tǒng)組成。 存儲(chǔ)深度 存儲(chǔ) 深度 由采樣存儲(chǔ)器的最大存儲(chǔ)深度來(lái)表示，又稱為記錄長(zhǎng)度，是示波器可以存儲(chǔ)的最多采樣點(diǎn)數(shù)。從兩種帶寬的定義可以看出，模擬帶寬只適合重復(fù)周期信號(hào)的測(cè)量，而數(shù)字實(shí)時(shí)帶寬則同時(shí)適合重復(fù)信號(hào)和單次信號(hào)的測(cè)量。 智能多用表的主要性能指標(biāo) 智能 多用表的主要性能指標(biāo) 所測(cè)量量 程 的范圍 測(cè)量 范圍的大小是一個(gè)多用表好壞的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如果范圍太小就不能稱之為一個(gè)合格的產(chǎn)品，范圍是越大越好，但是這個(gè)性能指標(biāo)跟精度是一個(gè)矛盾的關(guān)系，測(cè)量范圍大了精度就下降了。 自美國(guó)尼科萊特公司于 1972 年研制成功數(shù)字存儲(chǔ)示波器以來(lái)，各國(guó)先后生產(chǎn)各種型號(hào)與規(guī)格的具有數(shù)字存儲(chǔ)和取出顯示功能的測(cè)量示波器。 該多用表集成萬(wàn)用表和數(shù)字存儲(chǔ)示波器為一體。 waveform display。本論文主要論述了一種智能多用表的各種模塊的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。波形顯示 。 在電子測(cè)量和檢測(cè)領(lǐng)域中， 多用表 無(wú)疑是最常見(jiàn) 、 應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一。 針對(duì)為何使用數(shù)字存儲(chǔ)示波器這個(gè)問(wèn)題，下面的一些理由足以說(shuō)服你。 智能 多用表 的原理與特點(diǎn) [1] 現(xiàn)代多用表的原理與特點(diǎn) 多用表 中測(cè)量電壓、電流和電阻部分是基于電壓的 AD 采樣技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，然后經(jīng)過(guò)一些算法對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行采集最后在顯示屏上顯示出所測(cè)量信號(hào)的結(jié)果。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 的主要性能指標(biāo) 帶寬 測(cè)量交流電信號(hào)時(shí)，示波器通常有其最大頻率，超過(guò)這個(gè)頻率波形測(cè)量精度就會(huì)下降，這一頻率就是示波器的帶寬。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。釋抑時(shí)間的作用是改變掃描周期，以同步復(fù)雜的被測(cè)信號(hào)，如脈沖串等。 硬件需求分析 作為一個(gè)高性能的測(cè)量?jī)x器， 要求系統(tǒng)要具備處理大量數(shù)據(jù)的能力，尤其是要作一些相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理，更是要求處理器應(yīng)具備強(qiáng)大的運(yùn)算能力。 另外， LPC2138 的外部總線是開(kāi)放的，這樣我們就能方便地?cái)U(kuò)展外部存儲(chǔ)器，通過(guò)外部總線控制器（ EMC）也可以使我們方便、高速地控制 LCD 控制器，簡(jiǎn)化了顯示部分的電路設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在很多高等學(xué)校將 uC/OSII 應(yīng)用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)教學(xué)。 uC/OSII 可以管理64 個(gè)任務(wù)，用戶可以使用其中 56 個(gè)。輸入的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬通道的處理后經(jīng)由模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由微控制器處理。 ARM7TDMIS 使用了流水線技術(shù)，處 理和存儲(chǔ)系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。 模擬電源和數(shù)字電源的的前端都是通過(guò)變壓器經(jīng)橋式整流后提供的，此部分電路如 圖 ： A1K2D11N4007 * 4D3D4D2C122200uFC2123JP1C182200uFC4TVPTVN 圖 31 變壓器橋式整流電路 需要采用 模擬 電源供電的 主要 包括運(yùn)算放大 器 、 A/D 轉(zhuǎn)換器， 模擬電源 電路原理圖如 圖 2，為了降低紋波，其輸出級(jí)增加了二級(jí)濾波電路。 ，防止被測(cè)信號(hào)的電壓過(guò)高燒壞后級(jí)元器件， 起輸入保護(hù)作用 。 通過(guò)以上分析可知，只要控制好 MAX4167 的 C、 B、 A 電平狀態(tài)，就能得到相應(yīng)的信號(hào)衰減倍數(shù)。 現(xiàn)設(shè)置當(dāng) Xout 連接到不同的 Xn 時(shí)，電壓放大倍數(shù)如 表 03： 表 03 所選開(kāi)關(guān)和 電壓 放大倍數(shù)關(guān)系 開(kāi)關(guān)選擇 電壓 放大倍數(shù) Xout－ X0 2 Xout－ X1 4 Xout－ X2 8 Xout－ X3 10 Xout－ X4 50 Xout－ X5 100 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 17 為了滿足 表 03 的 放大倍數(shù) 關(guān)系， 由2 1 fv RA R??， 運(yùn)放的反饋電阻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有如下關(guān)系： 2519 20 21 22 23 2424 2519 20 21 22 2323 24 2519 20 21 2222 23 24 2519 20 2121 22 23 24 2519 2020 21 22 23 24 25191214181 101 501 100RR R R R R RRRR R R R RR R RR R R RR R R RR R RR R R R RRRR R R R R RR????? ? ? ? ???????? ? ? ??? ?????? ? ???? ? ?? ??? ???? ? ? ????? ?? ? ? ? ??????? （ 4） 對(duì)上述方程組進(jìn)行整理， 并采用與信號(hào)衰減部分相同的處理方法， 可得 如下關(guān)系式 ： 19 2520 2521 2522 2523 2524 25RRRRRRRRRRRR??? ??? ?????? ????? （ 5） 取 25 100Rk??，依次可算得 19 20 2R R k? ? ?， 21 16Rk??（由 10 ,4 ,2kkk電阻串聯(lián)得到）， 22 24 5R R k? ? ?（由 4,1kk電阻串聯(lián)得到）， 23 25Rk??（ 10,15kk電阻串聯(lián)得到）。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 19 112233445566D DC CB BA AT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 20xx 5 28 S he e t of F i l e : S he e t c hD oc D r a w n B y :2314111M A X 4187U 3A470R 504K 7R 5310KR 57V D D A + 5VB U R S R 觸發(fā)信號(hào)A i nAV D D A + 5V 圖 310 整波電路 頻率測(cè)量電路設(shè)計(jì) 頻率或周期的測(cè)量在示波 器 設(shè)計(jì)中是必不可少的，一方面它作為用戶直接使用的 最基本 功能；另一方面，示波 器 必須根據(jù)頻率或周期自動(dòng)地調(diào)整時(shí)基， 改變ADC 的采樣速度和 FIFO 的讀寫(xiě)速度， 完成示波 器 對(duì)外界信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試功能。 LPC2138 通過(guò)控制 FIFO 的寫(xiě)使能信號(hào)來(lái)控制每輪采樣的有效起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。當(dāng)采用 16MHz 的晶體振蕩器時(shí) 式（ 6）可簡(jiǎn)化為：FOUT M N?? （ 7） M 、 N 的值既可通過(guò)并口也可通過(guò)串口來(lái)控制， 由于 N 的值只能為 8，在不同的 N 值下輸出 FOUT 的輸出范圍如 表 04。所謂采樣就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行量化的過(guò)程。在實(shí)際應(yīng)用中我們選擇的模 /數(shù) 轉(zhuǎn)換 器（ ADC）是 LPC2138 上自帶的 A/D 轉(zhuǎn)換器 ，它的基本性能描述如下 [11] ： ? 1 個(gè) 10 位 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換器 ， 每 路 最大 采樣率 ； ? 8 個(gè)引腳復(fù)用為輸入腳 ? 測(cè)量范圍為 ； ? 10 位轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 ； ? 一個(gè)或多個(gè)輸入的 Burst 轉(zhuǎn)換模式 ； ? 模擬輸入范圍 ： 030V； 該系統(tǒng)所帶的 A/D 轉(zhuǎn)換器包含兩個(gè)寄存器， A/D 控制寄存器和 A/D 數(shù)據(jù)寄存器。所以，它比一般存儲(chǔ)器的讀取速度要快很多 ， 能夠滿足在高速采樣 中 對(duì)存儲(chǔ)器快速讀寫(xiě)的要求。 SN74V293還可以自由地配置為 大端模式或小端模式，這一特性使得它可以和各種不同 存儲(chǔ)類型 的處理器聯(lián)接使用。 江西理工大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 26 表 06 總線配置模式 IW OW 寫(xiě)數(shù)據(jù)線寬度 讀數(shù)據(jù)線寬度 0 0 18 18 0 1 18 9 1 0 9 18 1 1 9 9 參照上表可知，本設(shè)計(jì)中應(yīng)將這兩位設(shè)置為 IW=0， OW=0。其中，非實(shí) 時(shí)采樣 又稱等效采樣，它 包括順序采樣和隨機(jī)采樣兩種。 圖 4