【正文】 oid DelayMs( int t ) { int i 。攜式 20M 數(shù)字存儲示波器。智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。數(shù)字存儲示波器噪聲特性的分析 高電壓技術(shù)，2020，（ 06） [11] 沈蘭蓀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理和應(yīng)用。儀器儀表與分析監(jiān)測， 1998， （ 03） [9] 周德新，王鵬，范守正，朱鴻林。簡易數(shù)字存儲示波器評述。如何選擇合適的波形儀器：數(shù)字存儲示波器或數(shù)字化儀表。數(shù)字存儲示波器在機(jī)電測試中的運(yùn)用。世界電子元器件， 2020.（ 01） [3] 趙紅菊，基于 CPLD 的數(shù)字存儲示波器。 參考文獻(xiàn) 17 參考文獻(xiàn) [1] 泰克 TDS6000C 示波器獲 EDN China 創(chuàng)新獎。 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。在此向您致以最誠摯的敬意。 首先感謝郭慧娜老師，感謝您在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對我的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。 致謝 16 致 謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)很好的檢驗(yàn)了我在大學(xué)四年中所學(xué)理論知識的掌握程度，鍛煉了我的實(shí)際動手能力，為以后的學(xué)習(xí)、工作奠定了基礎(chǔ)。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).對于采集到的數(shù)字信號的處理可以采用 DSP 高速數(shù)字信號處理芯片，這樣更能顯示出系統(tǒng)的實(shí)時性和靈敏性。這樣就限制了設(shè)計(jì)的輸入，在電路設(shè)計(jì)中能加上信號放大電路和衰減電路，則可以增大信號的測量范圍。 展望 由于時間和條件的限制，本系統(tǒng)也存在一些不足之處，可在今后的工作中改進(jìn)。 (4).本系統(tǒng)由單片機(jī)主控， ICL7662 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，用 62256 來實(shí)現(xiàn)波形的存儲，通過軟件直接對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行存儲，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 個按鍵，對采樣速率，顯示電壓類型等方面配合單片機(jī)進(jìn)行了控制。 (2).針對設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求，確定了存儲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。顯示屏可以顯示波形，頻率及幅度的大小數(shù)值，同時存儲示波器樣機(jī)對波形的測試沒有明顯的失真。圖 。輸入信號頻率計(jì)算， A/D轉(zhuǎn)換， 數(shù)據(jù)存儲，鍵盤掃描，液晶顯示等。示波器軟件采用 C語言來編寫，完成對人機(jī)界面、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)硬件、波形參數(shù)分析等的控制。 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)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存儲器如 EPROM中。然后分別由 C51及 A5l編譯器編譯 生成目標(biāo)文件。 C51工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中 uVision是 C51 for Windows的集成開發(fā)環(huán)境 ，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā)，體會更加深刻。 圖 波形抬高示意圖 TL431 可以產(chǎn)生一個 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，這是一個前衛(wèi)電路，單片機(jī)信號為 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?，前面是跟隨器通過電容去掉直流信號留下交流信號，又通過過零比較器可以產(chǎn)生一個方波，通過測量兩個相鄰波峰電壓或者波形周期就可以得到頻率。放大器可以選擇放大兩倍或者放大十倍， U4d 是一個加法器，信號是有負(fù)壓的但是單片機(jī)僅能測正壓，我們想到的辦法就是將信號或者可接收的圖像進(jìn)行抬高，在一個正弦坐標(biāo)系中抬高到 。當(dāng)繼電器選擇下面的時候直流就可以通過，將交流隔掉了。所以信號需要先對它進(jìn)行整形，然后對它進(jìn)行計(jì)數(shù)。例如：我們在計(jì)算電壓值的時候，我們可以通過波形進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)檎{(diào)理包括把大信號變成小信號，把小信號變成大信號，把信號抬高，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 寫到 RAM 中，通過單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算將波形在液晶屏幕上顯示出來，另外我們需要對輸入信號進(jìn)行處理提取出信號的特性，包括頻率、電壓值、分析信號的波形。 LCD12806 電路原理圖如圖 。 *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)位的場合可將該端 懸空。 圖 STC15W4K6054 原理圖 LCD12864 表 總體參數(shù)表 管腳號 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)被寫到 IR或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號 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)簡稱。內(nèi)置比較器，功能更強(qiáng)大。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。 頻率顯示電路中，利用外圍電路對信號進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換為高低電平之后，單片機(jī)讀取，輸出。在本設(shè)計(jì)中，硬件設(shè)計(jì)分為兩個部分 ——— 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，對輸入的 模擬信號數(shù)字化，以使單片機(jī)能夠識別，同時，還要使用單片機(jī)控制 A/D轉(zhuǎn)換器。 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)。 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，存儲到波形存儲器中。 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信號的頻率范圍，或者示華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 8 波器對掃描速度的要求；而 ADC 的編碼位數(shù)與垂直分辨率相關(guān)。使用中應(yīng)根據(jù)顯示器，記錄裝置或打印機(jī)等對速度的要求進(jìn)行選擇。數(shù)字存儲器常采用 256， 512， 1K等容量的高速半導(dǎo)體存儲器。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 /div，或用百分?jǐn)?shù)來表示為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。水平分辨率由取樣速率和存儲器的容量決定，常以屏幕每格含多少個取樣點(diǎn)或用 百分?jǐn)?shù)來表示。它包括垂直 分辨率和水平分辨率。實(shí)際上，為保證所顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點(diǎn)，一般取 N=410倍或更多，即存儲帶寬。取樣速率主要由 AD轉(zhuǎn)換速率來決定。 最高取樣速率 最高取樣速率指單位時間內(nèi)的取樣的次數(shù)，也稱數(shù)字化速率，用每秒鐘完成的 AD轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量。還可以通過 GPIB接口與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。 很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力 :數(shù)字存儲示波器由于內(nèi)含微處理器因而能自動實(shí)現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量和顯示，例如上升時間，下降時間，脈寬，峰峰值等參數(shù)的測量與顯示，能對波形實(shí)現(xiàn)取平均值，取上下限值，頻譜分析以及對兩波形進(jìn)行加減乘除等多種復(fù)雜的運(yùn)算處理，還具有自檢與自校等多種操作功能。除此以外，數(shù)字存儲示波器還可以提供 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，來實(shí)現(xiàn)多種觸發(fā)功能。這種特性是對觀察單次出現(xiàn)的順便信號極為重要，如單次沖擊波，放電現(xiàn)象。對觀測極快信號來說，數(shù)字存儲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。數(shù)據(jù)點(diǎn)插入技術(shù)常常使用插入器將一些數(shù)據(jù)插在所有相鄰的取樣點(diǎn)之間，主要有線性插入和曲線插入兩種方式。但是較少的采樣點(diǎn)會造成視覺誤差，可能使人看不到正確的波形。 顯示的內(nèi)插 :數(shù)字存儲示波器是將取樣數(shù)據(jù)顯示出來，由于取樣點(diǎn)不能無限增多，能夠做到正確顯示的前提是足夠的點(diǎn)來重新構(gòu)成信號波形。 放大顯示 :放大顯示方式適于觀測吸信號波形的細(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)測量放大部分的參數(shù)。若瞬態(tài)信號仍未出現(xiàn)，在利用末端觸發(fā)顯示一個畫面，這樣一個個畫面顯示下去，如同為了查找莫個內(nèi)容，一頁頁的翻書一樣，一旦出現(xiàn)預(yù)期的瞬態(tài)信號則立即實(shí)現(xiàn)預(yù)置觸發(fā)，將捕捉到的瞬態(tài)信號波形穩(wěn)定的顯示在熒光屏上，并存入?yún)⒖疾ㄐ未鎯ζ髦小? 抹跡顯示 :抹跡顯示方式適用于觀測一長竄波形中在一定條件才會發(fā)生的瞬態(tài)信號。數(shù)字存儲示波器的顯示方式靈活多樣，具有基本顯示，抹跡顯示，卷 動顯示，放大顯示和 XY顯示等，可適應(yīng)不同情況下波形觀測的需要。當(dāng)按下菜單鍵時，屏幕下方顯示一排菜單，屏幕有方則顯示對應(yīng)菜單的子菜單，然后按子菜單下所對應(yīng)的軟鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作。測量時，示波器在測量程序控制下，根據(jù)光標(biāo)的位置來完成測量，并將測量結(jié)果以數(shù)字形式 顯示在熒光屏上。一般參數(shù)的測量為自動測量，及示波器自動完成測量工作，并將測量結(jié)果以數(shù)字的形式顯示在熒光屏上，特殊值的測量使用手動光標(biāo)進(jìn)行測量，即光標(biāo)測量。預(yù)置觸發(fā)對顯示數(shù)據(jù)的選擇帶來了很大的靈活性。 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)置之后通過微處理器的控制和計(jì)算功能來實(shí)現(xiàn)的。信號數(shù)據(jù)存儲器存放模擬信號取樣數(shù)據(jù)；參考波形存儲器存放參考波形的數(shù)據(jù)，它采用電池供電，或采用非易華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 4 失性存儲器，故可以長期保存數(shù)據(jù)；測量數(shù)據(jù)存儲器存放測量量與計(jì)算的中間數(shù)據(jù)和計(jì)算的結(jié)果，和一般微機(jī)化儀器的隨機(jī)存儲器作用基本相同；顯示緩沖存儲器存放現(xiàn)時代波形，熒光屏上顯示的信息均有顯示緩沖存儲器提供。所以在測量單次信號時，一定要參考數(shù)字示波器的數(shù)字實(shí)時帶寬，否則會給測量帶來意想不到的誤差。廠家聲稱示波器的帶寬能達(dá)到多少兆，實(shí)際上指的是模擬帶寬，數(shù)字實(shí)時帶寬是要低于這個值的。數(shù)字示波器對重復(fù)信號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)時帶寬，數(shù)字實(shí)時帶 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。 帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。 數(shù)字 示波器 因具有波形觸發(fā)、 存儲 、顯示、測量、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。 還有一些示波器可以提供存儲，實(shí)現(xiàn)對波形的保存和處理。 第 2 章 數(shù)字存儲示波器的基本原理 3 第 2 章 數(shù)字存儲示波器的基本原理 數(shù)字示波器的基本原理 數(shù)字存儲示波器的組成原理 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)制造出來的高性能示波器。 設(shè)計(jì)的基本要求 設(shè)計(jì)的需求是利用單片機(jī)進(jìn)行控制，基于 51 單片機(jī)和液晶顯 示的示波器。 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 示波器是利用模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 (A/D)把被測模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 ,然后存入隨機(jī)存儲器 (RAM)中 ,需要顯示的時候?qū)?RAM 中的內(nèi)容調(diào)出 ,通過相應(yīng)的數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (D/A)在恢復(fù)為模擬信號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。 1974 年發(fā)表的帶微處理器的示波器，預(yù)示著示波器的發(fā)展進(jìn)入了一個嶄新的階段。1972 年第一臺數(shù)字示波器問世，它對示波器的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。 20 世紀(jì) 70 年代是集成化示波器階段，集成電路技 術(shù)實(shí)現(xiàn)了示波器的小型化和高性能、高準(zhǔn)確性。