【正文】 其次還要感謝 電信學(xué)院 各位老師對(duì)我在校期間的 關(guān)心和幫助 ，使我能夠 較 好的掌握專業(yè)知識(shí)，并在畢業(yè)論文中得以體現(xiàn)， 最終 使得我的畢業(yè)論文 能夠 順利完成。所以，此系統(tǒng)還可以對(duì)其接口部分進(jìn)行改進(jìn)，讓它通過(guò) USB接口與 PC連接。 此系統(tǒng)具有數(shù)字示波器和邏輯分析儀的功能，還可以考慮在軟件的數(shù)學(xué)處理程序中加入快速?gòu)?fù)利葉變換 (FFT)的數(shù)學(xué)運(yùn)算方法，使系統(tǒng)還具有頻譜分析儀的功能。若能這樣做， DSO就能以更低一些的頻率進(jìn)行采樣，這對(duì)將其用作一個(gè)數(shù)據(jù)記錄器 (Data Logger)是非 常有用的。這可以通過(guò)設(shè)置一些寄存器來(lái)屏蔽與這些不確定的位對(duì)應(yīng)的采集數(shù)據(jù)的某些位，以忽略采集信號(hào)這些位的數(shù)值，可實(shí)現(xiàn)由不定序列觸發(fā)的 功能?？梢詫⑦@一串觸發(fā)點(diǎn)的值分別存儲(chǔ)到一組寄存器中，再按序與數(shù)據(jù)總線上的值進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)這種觸發(fā)功能。 (1)觸發(fā)機(jī)制 當(dāng) DSO為邏輯分析儀模式時(shí)，控制邏輯會(huì)通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖來(lái)在總線上設(shè)置預(yù)觸發(fā)點(diǎn)以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能。因?yàn)閳D形繪制程序是相當(dāng)大的，所以將它們寫到了一個(gè)獨(dú)立的繪圖程序 。其中對(duì)話窗口只要包括數(shù)據(jù)采集設(shè)置窗口、顯示設(shè)置窗口、設(shè)置端口地址窗口、直接硬件 I／ 0窗口、視圖模式選擇窗口和設(shè)置顯示區(qū)域范圍窗口等。接下來(lái)是加載快捷鍵表，把鍵盤的快捷鍵轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的消息。它還能使 I/O線程發(fā)送下個(gè)消息給圖形用戶界面線程 來(lái)顯示給用戶。 對(duì)硬件 I/O操作需要凡秒鐘的時(shí)間，在這段時(shí)間里，控制軟件將不能處理等待隊(duì)列中的任何消息。每一個(gè)窗口或者對(duì)話框有一個(gè)消息處理器，當(dāng)消息循環(huán)鏈發(fā)現(xiàn)等待隊(duì)列中有消息時(shí)，便 會(huì)調(diào)度適當(dāng)?shù)南⑻幚砥鱽?lái)處理此消息 。 圖 51 主程序的流程 圖 圖形用戶界面顯示程序 () 建立全局變量 初始化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和各參數(shù)變量 I 區(qū)和各參數(shù)變量 調(diào)用顯示界面的 函數(shù) 終止程序執(zhí)行并退出 27 Win32下的圖形用戶界面 （ GUI） 是基于一個(gè)消息系統(tǒng)的。完成這些工作以后，調(diào)用圖形用戶界面顯示程序 Show_Gui()，用來(lái)在屏幕上顯示出用戶窗口界面，并開(kāi)始消息的循環(huán)和相應(yīng)處理。 DSO控制軟件組成 DSO的 PC控制軟件由八個(gè)源程序構(gòu)成 ，下面主要介紹主程序和 圖形用戶界面顯示程序 。在此過(guò)程中，并口 I/O程序 ()和控制 DSO的程序 ()將用戶在對(duì)話窗中選擇和設(shè)置的信息經(jīng)并口傳給 DSO，轉(zhuǎn)化為 DSO的控制信號(hào)，使它能夠按照用戶的要求來(lái)工作。由于液晶的使用，加上軟件的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)提供了良好的人機(jī) 界面。 字符顯示模塊 的設(shè)計(jì) 在 X 軸輸入水平掃描信號(hào)，在 Y 軸輸入掃描信號(hào)，在 Z軸輸入亮度信號(hào)即可在示波器上形成字符。鍵 盤由 20 個(gè)按鍵組成，對(duì)其掃描由 MM74C923完成。但是普通模擬示波器分辨率一般不高，因而就沒(méi)有任何意義去要求兩路信號(hào)嚴(yán)格的同時(shí)。該觸發(fā)信號(hào)使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，經(jīng)單片機(jī)處理后啟動(dòng) EPM 7128 開(kāi)始采集。鋸齒波的時(shí)鐘由數(shù)據(jù)輸出電路提供，以保證掃描信 號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)同步。 D/A 電路如 圖 43所示。 數(shù)據(jù)輸出速率的分析 由于數(shù)據(jù)采集的最高速度為 1MHZ，因此數(shù)據(jù)回放系 統(tǒng)的掃描速率應(yīng)大于1MHZ，才能實(shí)時(shí)的顯示數(shù)據(jù)更新的過(guò)程。該芯片的最大優(yōu)點(diǎn)就是速度快，控制簡(jiǎn)單，適用于可編程器件控制。因此，當(dāng)要求三檔掃描速度分別為， ， 20us/div 時(shí)，相應(yīng)的三檔采樣頻率應(yīng)分別是 100HZ，100KHZ， 1MHZ。將 MAX4545 的四根控制線接在最小系統(tǒng)的擴(kuò)展接口上，即 8255 的 PA0PA3，控制信號(hào)與放 大倍數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 41所示，高速數(shù)據(jù)采集電路如圖 41 所示。該種結(jié)構(gòu) 最 大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活，有較強(qiáng)的適用性，適合模塊化設(shè)計(jì)；同時(shí)其開(kāi)發(fā)周期較短 ， 系統(tǒng)易 于 維護(hù)和擴(kuò)展，適用于實(shí)時(shí)信號(hào)的處理。在雙向方式里，本位為 0，端口處于輸出模式；寫入為 1， 表示端口處于輸入模式。并行接口的中斷請(qǐng)求信號(hào)是由 ACIO輸入信號(hào)經(jīng)接口里的非門反相后形成的，即由 ACK的前沿提出中斷請(qǐng)求。 位 2寫入的邏輯值不取反送到 INIT信號(hào)線上， INIT是打印機(jī)要求的初始化信號(hào)，打印機(jī)收到這個(gè)信號(hào)后清除打印緩沖區(qū)，把內(nèi)部電路置為初態(tài)。該寄存器亦可讀，故可作為輸入外部設(shè)備命令信號(hào)的端口。 位 4鎖存的是 SLCT輸入引腳的狀態(tài)，該位為 l表示打印機(jī) 已 經(jīng)聯(lián)機(jī)；為 0表示打印機(jī)未被主機(jī)選擇。狀態(tài)寄存器各位如表 32所示 。寄存器數(shù)據(jù)在系統(tǒng)初始化過(guò)程中被清除。為了要將大部分的精力 都 集中在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上， 本文 選擇了相對(duì)簡(jiǎn)單的并口作為 DSO與 PC機(jī)之間的接口。 DSO 與 PC 機(jī)接口 DSO與 PC機(jī)之間的接口方案有多種，例如串口、并口、 PCI、 ISA、 USB接口等。輸出使能 (/OE)為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出端引腳都呈高阻態(tài)。 讀操作有 4個(gè)控制引腳 RCL、 /RE、 /RRST和 /OE。 AL422B有 3個(gè)寫操作控制 引 腳，分別是 WCLK， /WE和 /WRST。但是，寫指針不能被任意賦值，所 以，所有的寫操作都必須是順序?qū)懭搿８咚龠壿嬁梢詫?nèi)部總線分成 8個(gè)位段，再送給輸出數(shù)據(jù)總線。 AL422B是基于 DRAM技術(shù)的存儲(chǔ)器。經(jīng)過(guò)對(duì)一些存儲(chǔ)器的比較和分析，我們選擇了 AVERLOGIC公司的AL422B作為此 DSO的存儲(chǔ)器模塊。輸出緩沖由單獨(dú)的電源供電，以便控制數(shù)據(jù)輸出電平為 。 ADC的核心體系結(jié)構(gòu)采用了一種帶轉(zhuǎn)換電容技術(shù) 的逐位轉(zhuǎn)換器?？紤]到 ADC作為硬件系統(tǒng)的一個(gè)模塊時(shí)，其性能不可能達(dá)到其最大規(guī)格，那么選擇 ADC的條件之二是：采樣率約為 60MHz。分辨率越高，能表示的電平級(jí)數(shù)就越多，它們之間的關(guān)系可以用式 31表示： 電平級(jí)數(shù) N=2^分辨率 （式 31） 13 轉(zhuǎn)換的方法之一就是逐位逼近。 A/D 轉(zhuǎn)換器 —— AD9238 A/D轉(zhuǎn)換器 （ 也就是 ADC） 是具有對(duì)模擬信號(hào)波形進(jìn)行采樣并產(chǎn)生數(shù)字化輸出的功能器件。 )整個(gè)芯片的核心電壓是 ，外部供電電壓是 。 MAX II器件采用了全新的 CPLD體系結(jié)構(gòu)，在所有 CPLD系列中單位 I/O成本最低，功耗最低。這個(gè)配置的過(guò)程，是通過(guò)用硬件編程語(yǔ)言 (如 Verilog HDL， NHDL， AHDL等 )的編程設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 CPLD是復(fù)雜可編程邏輯器件 (Complex Programmable Logic Device)的英文縮寫，也是一種可編程邏輯器件。 VCC（ 40腳）和 VSS（ 20腳）為供電端口，分別接 +5V電源的正負(fù)端。 AT89C52 為 8 位通用微處理器 ，采用工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。 圖 32 基于 PC 機(jī)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器的系統(tǒng)框圖 器件的選擇 本文要設(shè)計(jì)的是一個(gè)低成本的 價(jià)廉物美的數(shù)字示波器，所以我在選擇器件時(shí)首先考慮的是在合理的價(jià)位上盡量選擇性價(jià)比最高的器件。 當(dāng)數(shù)據(jù)被送入 PC機(jī)之后，通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行交叉存儲(chǔ)再重建波形。控制邏輯中還將產(chǎn)生存儲(chǔ)器控制信號(hào)，當(dāng)存儲(chǔ)器被寫滿時(shí)，就會(huì)停 止數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)并口將數(shù)據(jù)送往 PC機(jī)。 控制邏輯從總線上監(jiān)控這些數(shù)據(jù)以等待觸發(fā)點(diǎn)的到來(lái)。 9 3 數(shù)字示存儲(chǔ)示波器的總體設(shè)計(jì) 本文中 設(shè)計(jì)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器 由硬件電路和計(jì)算機(jī)軟件部分組成， 系統(tǒng) 如圖31 所示。 采樣速率 (式 24) 對(duì)于給定的存儲(chǔ)深度，采樣速率越大，可記錄的時(shí)間就越短。據(jù)此，兩個(gè)采樣之間的時(shí)間間隔可按下式計(jì)算： 采樣間隔 =時(shí)基設(shè)置 (s/格 )/采 樣點(diǎn)數(shù) (式 21) 若時(shí)基設(shè)置為 lms/格，且每格有 50個(gè)采樣，則可以計(jì)算出采樣間隔為： 采樣間隔 =1ms/50=20us (式 22) 采樣速率是采樣間隔的倒數(shù)： 采樣速率 =1/采樣間隔 (式 23) 通常示波器可以顯示的采樣點(diǎn)數(shù)是固定的，時(shí)基設(shè)置的改變是通過(guò)改變采樣速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此一臺(tái)特定的示波器所給出的采樣速率只有在某一特定的時(shí)時(shí)設(shè)置之下才是有效的。和放大器帶寬的定義一樣，是所謂的 3dB 點(diǎn)，即，在示波器的輸入加正弦波，幅度衰減為實(shí)際幅度的 %時(shí)的頻率點(diǎn)稱為帶寬。 (8)便于程控并具有多種方式的輸出由于數(shù)字存儲(chǔ)示波器的主要部分是數(shù)字系統(tǒng) ， 又由微計(jì)算機(jī)管理 ， 故可通過(guò)接口接受程序控制 ， 也可通過(guò)接口用于各種方式的輸出。 (5)顯示方式靈活多樣為適應(yīng)對(duì)不同波形的觀測(cè) ， 數(shù)字存儲(chǔ)示波器有滾動(dòng)顯示、刷新顯示、存儲(chǔ)顯示、插值顯示等多種顯示方式。相應(yīng)對(duì)正弦波取樣引入的失真也從 10%降低至 3%甚至 1%。數(shù)據(jù)輸出模塊采用另一片可編程器件 (EPM7128SLC8415)控制信號(hào)前向調(diào)整模塊 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)輸出模塊 控制模塊 數(shù)字存儲(chǔ)示波器 6 兩片 D/A(DAC0800)分別輸出采樣信號(hào)和鋸齒波，在示波器上以 X－ Y的方式顯示波形。輸入信號(hào)的波形在 CRT上獲得顯示之前先要存貯到存儲(chǔ)器中去，在示波器屏幕上看到的波形總是由所采集到數(shù)據(jù)重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號(hào)的立即的、連接的波形顯示。采樣速率由采樣時(shí)鐘控制。然后用一個(gè)模 /數(shù)變換器 (ADC)對(duì)這些瞬時(shí)值或采樣值進(jìn)行變換從而生成代表每一個(gè)采樣電壓的二進(jìn)制字。 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的數(shù)字存儲(chǔ)示波器，由于受到高速取樣技術(shù)的限制，大都采用重復(fù)取樣技術(shù)。美國(guó)泰克公司的示波器一直處于領(lǐng)先地位，被世界公認(rèn)為示波器的權(quán)威。 (4)更多的觸發(fā)功能：數(shù)字存儲(chǔ)示波器能夠提供許多模擬示波器所沒(méi)有的觸發(fā)能力。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器與傳統(tǒng)的模擬示波器相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在： (1)多通道單次信號(hào)捕獲：數(shù)字存儲(chǔ)示波器能夠同時(shí)在多個(gè)通道上捕捉像電源開(kāi)、關(guān)或故障發(fā)生這樣的單次瞬態(tài)事件。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)內(nèi)插器，能夠 大大提高示波器的時(shí)間分辨率。最終恢復(fù)出被測(cè)波形。等效采樣又可以分為隨機(jī)采樣和順序采樣，等效采樣方式大多用于測(cè)量周期信號(hào)。數(shù)字存儲(chǔ)示波器框圖如圖 l所示。采集完成后，從數(shù)字示波器中取出這一系列數(shù)字 ， 經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后再現(xiàn)電壓對(duì)時(shí)間的波形。 模擬示波器對(duì)于非周期性的單次瞬變信號(hào)的觀測(cè)是非常困難的，有時(shí)甚至是不可能的。示波器的直觀顯示效果有助于對(duì)被測(cè)對(duì)象的深入理解?；旌鲜静ㄆ魇且环N 2 把模擬示波器和數(shù)字存儲(chǔ)示波器 (DSO)兩者的能力和優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起 的示波器。 示波器的分類從功能上分有數(shù)字示波器和模擬示波器，從使用頻率上分有通用示波器、超低頻示波器、和超高頻示波 器 ，從工作原理上講還有一種采樣示波器。布勞恩絕沒(méi)有想到他 發(fā)明的 裝置在 100年以后經(jīng)過(guò) 不但演化 ， 成為大眾娛樂(lè)工具 —— 電視，而且還成為電子工業(yè)和科研實(shí)驗(yàn)室中的一種必備儀器。它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。由于其多樣性，被廣泛地應(yīng)用于廣闊的電子和電氣測(cè)量領(lǐng)域。 整個(gè)系統(tǒng)在保證實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，盡量?jī)?yōu)化硬件和軟件設(shè)計(jì)。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”） 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 摘要： 示波器是電子測(cè)量中一種最常用的儀器，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 分類號(hào) 密級(jí) U D C 編號(hào) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 ： 數(shù)字示波器的設(shè)計(jì) 院 （系）：電子信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 通信 工程 年 級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 二 O 一 五 年 五 月 漢口學(xué)院 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行 研究工作所取得的研究成果。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可 以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，示波器也從模擬示波器向數(shù)字示波器發(fā)展。通過(guò)具體的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了