【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采集存儲(chǔ)器最大存儲(chǔ)容量來(lái)表示，常以字為單位。數(shù)字存儲(chǔ)器常采用 256， 512， 1K等容量的高速半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。 讀出速度 讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中讀出 的速度，常用“時(shí)間 /div”來(lái)表示，其中，時(shí)間為屏幕上每格內(nèi)對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)容量乘以讀脈沖周期。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。 數(shù)字信號(hào)的采集與存儲(chǔ) 在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路在給定采樣時(shí)鐘的節(jié)拍下把輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)據(jù)值； A/D 轉(zhuǎn)換器始終以最高取樣率進(jìn)行工作。 ADC 參數(shù)的選取需要考慮多方面的因素； ADC 的取樣頻率取決于待測(cè)信號(hào)的頻率范圍，或者示華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 8 波器對(duì)掃描速度的要求；而 ADC 的編碼位數(shù)與垂直分辨率相關(guān)。根據(jù)這兩個(gè)條件選擇合適的 ADC 芯片。 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。 數(shù)字信號(hào)保存到存儲(chǔ)器中， RAM 的位數(shù)須根據(jù) ADC 的位數(shù)來(lái)選擇，如果 ADC為 8 位輸出，那么 RAM 也應(yīng)該為 8 位，超過(guò) 8位則可以選用 16 位的 RAM。 RAM 的容量取決于每次采樣的采樣點(diǎn)數(shù)，這和水平分辨率相關(guān)。寫(xiě)入 RAM 的數(shù)據(jù)來(lái)自于ADC，讀出之后再經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理進(jìn)行波形重組，然后在液晶顯示器上進(jìn)行顯示。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。對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換器采樣的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換之后單片機(jī)可以直接讀取，對(duì)于讀取的數(shù)據(jù)，通過(guò)單片機(jī)輸出，經(jīng)過(guò)顯示器，直接顯示波形。 頻率顯示電路中，利用外圍電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換為高低電平之后，單片機(jī)讀取，輸出。第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 9 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) STC15W4K60S4 系列單片機(jī) STC15W4K60S4 系列單片機(jī)是 STC 生產(chǎn)的單時(shí)鐘、機(jī)器周期的單片機(jī)，是寬電壓、高速、高可靠、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，采用 STC 第九代加密技 術(shù)。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。內(nèi)部集成高精度 R/C 時(shí)鐘 ,5MHz— 35MHz 寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外 部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路， 6 路 CCP/PWM/PCA,8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換 ,內(nèi)置 4k 字節(jié)大容量 SRAM,4 組獨(dú)立的高速異步串行通信端口 ,1 組高速同步串行通信端口 SPI針對(duì)多串行通信 \電機(jī)控制強(qiáng)干擾場(chǎng)合。內(nèi)置比較器，功能更強(qiáng)大。如圖 。 圖 STC15W4K6054 原理圖 LCD12864 表 總體參數(shù)表 管腳號(hào) 管腳名稱(chēng) 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(chēng)。 *注 釋 1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將 PSB 接固定高電平。 *注釋 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場(chǎng)合可將該端 懸空。 *注釋 3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的 JA、 JK 用焊錫短接。 LCD12806 電路原理圖如圖 。 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 11 圖 LCD12864 原理圖 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 我們要先把波形顯示出來(lái)，因?yàn)椴ㄐ斡写笥行?，首先我們要?duì)它進(jìn)行一個(gè)調(diào)理。因?yàn)檎{(diào)理包括把大信號(hào)變成小信號(hào)，把小信號(hào)變成大信號(hào)，把信號(hào)抬高，把波形調(diào)到適合單片機(jī) ADC 采樣，采樣之后將所得到的值 寫(xiě)到 RAM 中，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算將波形在液晶屏幕上顯示出來(lái)，另外我們需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理提取出信號(hào)的特性，包括頻率、電壓值、分析信號(hào)的波形。所以示波器我們大概可以分為兩個(gè)部分，一部分為顯示信號(hào)的波形，一部分為提取信號(hào)的特征。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。 電壓值可以通過(guò)采樣值得出，采樣值可以通過(guò)求 VPP進(jìn)行計(jì)算，采樣得到許多的點(diǎn)，我們將這些點(diǎn)的最大值和最小值求出來(lái)就等于求出了 VPP,頻率可通過(guò)對(duì)所得的圖形進(jìn)行整形，整形成一個(gè)方波，我們對(duì)它在一定的周期里面進(jìn)行計(jì)數(shù)就可以得到頻率，或 者我們得到它的周期 T，根據(jù) F=T/1 可求得頻率。所以信號(hào)需要先對(duì)它進(jìn)行整形，然后對(duì)它進(jìn)行計(jì)數(shù)。 信號(hào)的流動(dòng)是經(jīng)過(guò)許多步驟進(jìn)行流動(dòng)的，首先是信號(hào)的輸入，信號(hào)輸入進(jìn)來(lái)我們先要進(jìn)行耦合，看我們是只取它的直流成分還是交流成分，或者說(shuō)是要去掉它的直流成分還是交流成分，其中還包括輸入阻抗的部分，輸入阻抗要大于 100K，用示波器測(cè)量電路中兩個(gè)點(diǎn)之間的波形，實(shí)際上是將示波器并聯(lián)到電路中，為了測(cè)量到的精度，要求示波器對(duì)所測(cè)量電路的影響盡可能的小，根據(jù)R=R1*R2/(R1+R2),所以需要示波器的電阻無(wú)窮大才能減小對(duì)電路的影 響 ,在理想狀態(tài)下我們可以將 100K 看作無(wú)窮大，我通過(guò)四個(gè) 47K 的電阻串聯(lián)得到這個(gè)阻抗，耦合是通過(guò)電容隔直通交的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，由繼電器控制。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。通過(guò)電阻分壓 繼電器可以選擇信號(hào)的鏈接，華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 12 跟隨器提高阻抗將驅(qū)動(dòng)的能力加強(qiáng)，將信號(hào)增強(qiáng)。放大器可以選擇放大兩倍或者放大十倍， U4d 是一個(gè)加法器，信號(hào)是有負(fù)壓的但是單片機(jī)僅能測(cè)正壓，我們想到的辦法就是將信號(hào)或者可接收的圖像進(jìn)行抬高，在一個(gè)正弦坐標(biāo)系中抬高到 。如圖 。 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?xún)?nèi)，根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，前面是跟隨器通過(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。第 4 章 系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計(jì) 13 第 4 章 系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng) keil uVision簡(jiǎn)介 keil uVision是美國(guó) Keil Software公司出品的 51系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi) 發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。 keil uVision軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。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。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中 uVision是 C51 for Windows的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 ，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用 IDE本身或其它編輯器編輯 C或匯編源文件。然后分別由 C51及 A5l編譯器編譯 生成目標(biāo)文件。目標(biāo)文件可由 LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件。 ABS文件由 OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex文件，以供調(diào)試器 dScope51或 tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存儲(chǔ)器如 EPROM中。 主程序設(shè)計(jì)及流程圖 數(shù)字存儲(chǔ)示波器系統(tǒng)流程圖 儀器是一個(gè)以硬件為基礎(chǔ)的、軟硬件緊密結(jié)合的系統(tǒng)，軟件是智能儀器的靈魂。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。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，對(duì)于單片機(jī)控制程序，采用 C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。輸入信號(hào)頻率計(jì)算， A/D轉(zhuǎn)換， 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，鍵盤(pán)掃描，液晶顯示等。 整個(gè)系統(tǒng)由鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)，不同的按鍵對(duì)應(yīng)不同的事件處理。圖 。 華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 14 開(kāi) 始程 序 初 始 化i 對(duì) 5 0 取 余 是 否 為 0計(jì) 算 頻 率 值采 樣 存 儲(chǔ) A / D 轉(zhuǎn) 換 值數(shù) 據(jù) 處 理清 屏顯 示判 斷 是 否 有 鍵 按 下采樣點(diǎn)數(shù)增加8采樣點(diǎn)數(shù)減少8顯示峰值顯示峰峰值顯示有效值重新計(jì)算顯示清屏復(fù)位i + +N OY E SN O Y E S 圖 系統(tǒng)流程圖 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器輸入方波，三角波，鋸 齒波，正弦波得到的測(cè)試結(jié)果。顯示屏可以顯示波形，頻率及幅度的大小數(shù)值，同時(shí)存儲(chǔ)示波器樣機(jī)對(duì)波形的測(cè)試沒(méi)有明顯的失真。 第 5 章 結(jié)論和展望 15 第 5 章 結(jié)論和展望 結(jié)論 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，終于完成了該題目的設(shè)計(jì)，總結(jié)幾個(gè)月來(lái)的工作，主要有以下幾個(gè)方面： (1).綜述了現(xiàn)階段數(shù)字存儲(chǔ)示波器技術(shù)及產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理、工作方式、顯示方式等的基本概念及技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了介紹。 (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。 (3).對(duì)整機(jī)各部分關(guān)鍵電路進(jìn)行 相關(guān)理論分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)。 (4).本系統(tǒng)由單片機(jī)主控， ICL7662 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，用 62256 來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的存儲(chǔ)，通過(guò)軟件直接對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，并讀到單片機(jī)中完成波形重組任務(wù)之后顯示到液晶屏上，設(shè)置了 16 個(gè)按鍵，對(duì)采樣速率，顯示電壓類(lèi)型等方面配合單片機(jī)進(jìn)行了控制。 (5).完成了樣機(jī)的制作與調(diào)試；論述了儀器的測(cè)試方法，完成數(shù)據(jù)測(cè)試及測(cè)試結(jié)果分析。 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)。 (1).由于 STC15W4K60S4 的輸入電壓范圍為 05V，單極 性輸入。這樣就限制了設(shè)計(jì)的輸入，在電路設(shè)計(jì)中能加上信號(hào)放大電路和衰減電路，則可以增大信號(hào)的測(cè)量范圍。 (2).ARM 等高性能、低成本微處理器的出現(xiàn)，以及嵌入式 Linux、 WinCE 等操作系統(tǒng)的發(fā)展，為高性能智能化電子測(cè)試儀器的設(shè)計(jì)提供了良好的平臺(tái)。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。 (4).設(shè)計(jì)中的顯示屏為 LCD12864，這樣示波器的指標(biāo)，垂直刻度、垂直分辨率、水平刻 度、水平分辨率就受到了限制，所以設(shè)計(jì)的顯示可以換成更好的顯示器。 致謝 16 致 謝 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)很好的檢驗(yàn)了我在大學(xué)四年中所學(xué)理論知識(shí)的掌握程度，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)手能力，為以后的學(xué)習(xí)、工作奠定了基礎(chǔ)?；仡欉@幾個(gè)月的設(shè)計(jì)制作 ，感受良多。 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