【正文】 片機(jī)、 12864 液晶顯示模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采樣、對(duì)采樣 信號(hào) 的 電壓的數(shù)值處理和波形復(fù)現(xiàn) ，并利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入模擬信號(hào)的頻率 、峰峰值 測量，即設(shè)計(jì)了 簡易數(shù)字示波器。 選用 的器材本身 有一定 的缺陷，使得設(shè)計(jì)本示波器只能測試簡單的低頻率 、 低電壓的信號(hào)。 在 實(shí)際 測試數(shù)字示波器的過程 中 并不是一帆風(fēng)順的 。 (2)、 信號(hào) 發(fā)生器 用于 提供加有 偏置 的 常規(guī) 信號(hào) . 測試 過程 (1)、 打開 電源 和 信號(hào)發(fā)生器 (2)、 調(diào)好 輸入信號(hào)的頻率、幅值 (3)、 加入偏置使得輸入信號(hào)為 “ 正 ” 并 用實(shí)驗(yàn)室示波器測試 (4)、 連接好電源 、 示波器 、 信號(hào)發(fā)生器 (5)、 按下示波器 復(fù)位鍵 (6)、 選擇輸入 不同的信號(hào) 、 不同 頻率 、不同 幅度 (7)、 觀察 示波器顯示的結(jié)果 (8)、 記錄 信號(hào)實(shí)際頻率、幅值以及示波器顯示的頻率和幅值 (9)、 關(guān)閉 電源，整理實(shí)驗(yàn)儀器 . 主要 測試內(nèi)容 不同 輸入波形的頻率 范圍 和精度 . 不同 輸入 波形 的幅值范圍和 精度 . 第 測試 分析 誤差 來源：信號(hào) 發(fā)生器 本身就不是很規(guī)范，發(fā)生的信號(hào)本身有一些誤差 。 KXM12864M 引腳說明 如 表 39 所示 ： 表 39 KXM12864M引腳 說明 . 電源 部分 電源 部分直接用 5V 的直流電源供電即可。 （ 3）體積小、重量輕 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài) 來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器件要輕很多。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會(huì)閃爍。 可與 CPU 直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)： 8 位并行及串行兩種連接方式 。 圖 36 16時(shí)鐘傳送時(shí)序圖（使用 ， MSB在前） 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 圖 37 16時(shí)鐘傳送時(shí)序圖（不使用 ， MSB在前） 圖 38 TLC2543部分 接線圖 . 顯示 模塊 顯示 模塊非常簡潔，直接是一塊 KXM12864M 液晶 顯示器 。一個(gè)片選（ ）脈沖要插到每次轉(zhuǎn)換的開始處，或是在轉(zhuǎn)換時(shí)序的開始處變化一次后保持 為低，直到時(shí)序結(jié)束。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差； I/O CLOCK：時(shí)鐘輸入 /輸出端。在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸； VCC、 GND：電源正端、 接 地 端 ； REF＋、 REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。對(duì) 的 I/O CLOCK，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于 50Ω； CS：片選端， CS 由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能 DATA OUT、 DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 TLC2543 的 主要特點(diǎn) （ 1） 12 位 分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換器； （ 2）在工作溫度范圍內(nèi) 10μ s 轉(zhuǎn)換時(shí)間； （ 3） 11 個(gè)模擬輸入通道； （ 4） 3 路內(nèi)置自測試方式； （ 5）采樣率為 66kbps； （ 6）線性誤差177。 圖 35 復(fù)位 電路接線圖 . 信號(hào) 采集模塊 本設(shè)計(jì)中的信號(hào)數(shù)據(jù)采集器 采用的是 A/D 轉(zhuǎn)換器 TLC2543。當(dāng)電容 C3 放電結(jié)束后， RST 端的電位由 R4 決定。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無法正常 復(fù)位。地址鎖存信號(hào) ALE 也為高電平。無論是在單片機(jī)蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。電容取值為 30pF。晶振、電容 C C7 及片內(nèi)與非門（作為反饋、放大元件）構(gòu)成了電容三點(diǎn)式振蕩器，振蕩信號(hào)頻率與晶振頻率及電容 C C7 的容量有關(guān)，但主要由晶振頻率決定，范圍在 0～33MHz 之間，電容 C C7 取值范圍在 5～ 30pF 之間。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。 PSEN—— 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)TTL 邏輯電平。在使用 8位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR） 時(shí)， P2 口送出高八位地址。對(duì) P2 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下所示： 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。對(duì) P1 端口寫“ 1” 時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 8 位微控制器 8K 字 節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。 功能特性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。只要有信號(hào)輸入無需調(diào)節(jié)直接顯示波形、幅值、頻率。單片機(jī)從存儲(chǔ)器中讀出信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，將波形顯示在 LCD 液晶屏上。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 第 3章 簡易 數(shù)字 示波器系統(tǒng)分析 第 硬件系統(tǒng) . 硬件 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖 信號(hào)輸入之前手動(dòng)調(diào)整信號(hào)電平調(diào)整成為符合 A／ D 轉(zhuǎn)換要求的 0～ 5 V 電壓。 雖然 學(xué)過匯編 ， 但是編寫難度較大。 且 我們學(xué)的就是 C 語言，有一定的功底 運(yùn)用 比較方便 。它簡單、靈活、對(duì)各種需要的適應(yīng)性強(qiáng)。 第 軟件 系統(tǒng)方案選擇 . 方案一 采用 C 語言環(huán)境編寫 C 是結(jié)構(gòu)式語言。 方案三是能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入式數(shù)字示波器基本指標(biāo)的方案， 雖然 該方案是完成該任務(wù)的最蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 好的方案， 能夠 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡化編程，提供系 統(tǒng)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性， 但是 ARM 成本目前較高， 短時(shí)間內(nèi)不能夠完成設(shè)計(jì)及做成實(shí)物。 . 方案比較： 方案一 簡單能夠在短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)且做成實(shí)物，而且這種示波器能夠簡易的顯示常規(guī)信號(hào)的波形、幅度、頻率，實(shí)現(xiàn)數(shù)字示波器的基本指標(biāo)； 方案二采用 FPGA 雖然能深入開發(fā)數(shù)字示波器，然而，其成本偏高，即使加入 可編程片上系統(tǒng) （ SOPC)，其軟件壓力也很大。利用 STM32 內(nèi)部自帶的 FSMC(靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器 )來控制TFT 液晶屏刷新波形，可實(shí)現(xiàn)更高頻率的信號(hào)的波形刷新和顯示。C/OSII 系統(tǒng)，確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式 。同樣 多個(gè)功能模塊如采樣頻率控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊都集中在單個(gè)芯片上， 因此 大大簡化了外圍硬件電路設(shè)計(jì)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 因?yàn)?FPGA 可在線編程，從而 大大加快了開發(fā)速度。單片機(jī) 價(jià)格也便宜 ， 無需花費(fèi)太大的成本就能完成設(shè)計(jì)。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 第 2章 簡易 數(shù)字 示波器 系統(tǒng) 總體 設(shè)計(jì) 第 硬件 系統(tǒng) 方案 選擇 . 方案一、使用 AT89S52 單片機(jī) 采用 AT89S52 單片機(jī)為控制核心，將 輸入信號(hào)通過 A/D 轉(zhuǎn)換 后 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過 AT89S52 單片機(jī)將數(shù)據(jù)鎖存至外部 RAM，然后由單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)送至D/A 輸出。 用戶只需要把待測信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換器，不用其他的操作，示波器自動(dòng)在顯示器上顯示波形、幅值、頻率 。如果想要捕捉到瞬息即逝的毛刺，則最好置于掃速較慢的位置。但是，在任意一個(gè)掃描時(shí)間 t/div，采樣速率 fs 由下式給出： fs = Ntdiv N 為每格采樣點(diǎn) 當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù) N 為一定值時(shí)， fs 與 t/div 成反比，掃速越大，采樣速率越低。如果采樣速率不夠，容易出現(xiàn)混迭現(xiàn)象。所以在測量單次信號(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(shí) 帶寬是要低于這個(gè)值的。數(shù)字示波器對(duì)重復(fù)信號(hào)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(shí)帶寬，數(shù)字實(shí)時(shí)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(shí)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。 . 重要 指標(biāo) 帶寬是示波器最重要的指標(biāo)之一。 . 數(shù)字示波器分類 數(shù)字 示波器分為數(shù)字 儲(chǔ)示波器 （ DSO， Digital Storage Oscilloscope） 、 數(shù)字熒光示波器（ DPO， Digita