带有存储功能的简易数字示波器设计VIP

本 科 毕 业 设 计 论 文题 目：带有存储功能的简易数字示波器设计 系 别： 电 气 与 信 息 工 程 专 业： 测 控 技 术 与 仪 器 班 级： 测 控 XXX 学号： XXXX 学生姓名： XXX 指导老师： XXX 2014 年 6 月西安交通大学本科生毕业设计（论文）摘要I摘 要随着电子科学技术的迅速发展，模拟示波器的功能不能满足人们的要求，数字存储示波器是随着数字电路的发展而发展起来的一种具有存储功能的新型示波器。数字存储示波器具有可以存储波形，稳定的输出，方便观察波形，操作简单等优点。所以，数字示波器刚一问世,由于其性能的优势、良好的性价比，显示出它强大的生命力,适应各行各业的需求,有其广阔的发展市场。本文是关于简易数字存储示波器的设计，主要由单片机系统、输入调理电路、AD 转换器、存储器、按键和液晶显示组成。实现过程是以 AT89C52 单片机为控制中心，采用实时采样对输入信号提取，通过 62256 存储器，ADC0808模数转换器进行数字化的存储，并通过 LCD 液晶显示模块显示输入信号的波形、频率和幅度。关键词：A/D 模数转换，单片机，LCD 液晶显示西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）IIABSTRACTIIIABSTRACTWith the rapid development of Electronic Science and technology, analog oscilloscope function cannot satisfy the requirement of people, digital storage oscilloscope is along with the digital circuit of a developed with memory function model oscillograph. Digital storage oscilloscope can be stored waveform, stable output, convenient to observe the waveform, simple operation etc. Therefore, the digital oscilloscope was put into market, because its performanceadvantage, good price, showing its strong vitality, adapt to the needs of all walks of life, with its vast market development.This paper is about the design of simple digital storage oscilloscope, mainly by the monolithic integrated circuit system, the input signal conditioning circuit, AD converter, memory, buttons and LCD display. The realization process is based on AT89C52 microcontroller as the control center, using real-time sampling the extraction of the input signal, the 62256 memory, ADC0808 converter for digital storage, and through the LCD module display waveform, frequency and amplitude of the input signal.KEY WORDS：A/D conversion, Single chip microcomputer,LCD liquid crystal display西安交通大学城市学院毕业设计（论文）IV目录V目录摘 要 .I1 绪论 .11.1 选题的背景意义和研究现状 .11.1.1 选题的背景和意义 .11.1.2 国内外研究现状 .11.2 设计的任务和要求 .21.2.1 设计的基本要求 .22 数字示波器的基本原理 .32.1 数字存储示波器的基本原理 .32.2 系统的方案设计 .72.2.1 系统设计总体框图 .82.2.2 系统的控制 .82.2.3 输入模拟信号的处理 .82.2.4 数字信号的采集与存储 .92.3 系统开发平台 .93 系统硬件电路的设计 .113.1 单片机及其外围电路 .113.2 信号输入电路单元 .123.2.1 输入调理电路设计 .123.2.2 阻抗变换电路设计 .133.2.3 电平移位电路设计 .143.3 A/D 转换电路 .153.3.1 ADC 芯片的选取 .153.3.2 AD 转换电路的硬件设计 .193.4 存储单元电路 .213.4.1 存储芯片的选取 .213.4.2 存储单元硬件电路设计 .213.5 按键控制电路 .223.6 液晶显示接口电路 .234 系统功能的软件设计 .274.1 单片机软件开发系统 .274.2 主程序设计流程图 .274.2.1 频率计算的方法及程序流程图 .284.2.2 幅值计算方法及程序流程图 .305 电路仿真及数据测试 .315.1 系统原理图设计 .315.1.1 仿真效果图及数据测试 .31西安交通大学城市学院毕业设计（论文）VI6 结论和展望 .356.1 结论 .356.2 展望 .35致 谢 .37参考文献 .39附录 1：系统总设计图 .41附录 2 总程序清单 .43附录 3 外文翻译 .571 绪论1 1 绪论1.1 选题的背景意义和研究现状1.1.1 选题的背景和意义示 波 器 是 一 种 在 屏 幕 上 直 观 地 显 示 被 测 信 号 波 形 的 测 量 仪 器 ， 除 了 可 以 直 接 测量 电 信 号 外 ， 通 过 传 感 器 的 转 换 ， 示 波 器 也 能 测 量 非 电 量 的 信 号 。 1972 年 ，出 现 了 具 有 数 字 存 储 功 能 的 新 型 智 能 化 示 波 器 ： 数 字 示 波 器 。 数 字 存 储 示 波 器 是随 着 数 字 集 成 电 路 技 术 的 发 展 而 出 现 的 采 用 模 数 转 换 和 数 字 存 储 技 术 的 新 型 数 字化 、 智 能 化 示 波 器 ， 由 于 具 有 自 动 刻 度 、 预 触 发 、 容 易 是 实 现 带 宽 、 波 形 及 设 置存 储 、 程 序 控 制 和 自 动 测 量 等 先 进 功 能 ， 正 迅 速 全 面 代 替 模 拟 示 波 器 ， 成 为 电 子工 程 师 的 有 力 助 手 。数 字 存 储 示 波 器 是 随 着 数 字 集 成 电 路 技 术 的 发 展 而 出 现 的 新 型 智 能 化 示 波 器 ，已 经 成 为 电 子 测 量 领 域 的 基 础 测 量 仪 器 。 随 着 新 技 术 、 新 器 件 得 的 发 展 ， 它 正 向带 宽 化 、 模 块 化 、 多 功 能 和 网 络 化 的 方 向 发 展 。数字示波器的优势是可以实现高带宽及强大的分析功能。现在高端数字示波器的实时带宽已达到20GHz，可以广泛应用于各种千兆以太网、光通讯等测试领域。而低端数字示波器几乎可以应用于国民经济各个领域的通用测试，同时可广泛应用于高校及职业学校的教学，为社会培养众多的后备人才。数字示波器的技术基础是数据采集，其设计技术可以应用于更广泛的数据采集产品中，具有深远的意义。1.1.2 国内外研究现状 自从1972年世界上第一台数字存储示波器(DSO，又称数字示波器)问世以来，经历了三个发展阶段。1986年以前为DSO发展的初期阶段，当时的取样率较低，一般不超过50MSa/s，带宽在20MHz以下，结构形式以数字存储加传统模拟示波器二合一的组合式为主，功能少，性能低。主要代表性产品有美国哥德(Gould)公司生产的4035，HP公司生产的HP54200。1986年-1994年，伴随高速ADC和高速RAM的迅速发展，DSO的发展也进入了快车道，取样率达到了4GSa/s，记录长度超过32K。每年各示波器生产厂商都推出新的型号，技术上开始走向成熟。到1993年，DSO的销售额就超过了传统模拟示波器，使持续将近半个世纪的模拟示波器市场发生动摇。1995年以后，DSO在技术上己经成熟，带宽在100MHz以上，DSO已经完全取代了模拟示波器。2004年10月，AGILENT公司推出了具震撼性的DS081304A数字存储示波器，带宽3GHz，上升时间23ps，最高采样率40GHz。这时，除了继续提高取样率(最高达40GSa/s)、带宽(达20GHz) 和增加记录长度(达16MB) 外，DSO制造商开始转向100MHz以下带宽的通用DSO方向发展，并且性价比迅速提高。1996年，AGILENT公司面向通用 DSO市场推出了100MHz带宽的数字存储示波器54645A及首西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）2款混合信号示波器54645D。AGILENT公司在后续推出的54620/40A/D系列混合信号示波器中提供了强大的串行触发能力，包括SPI、USB、IZE、LIN、和EAN等。通用DSO的单台价格己接近同档次的模拟示波器水平。目前，100MHz以下的DSO，将与模拟示波器同时并存发展。虽然模拟示波器本身也在不断的数字化，增加数字显示和光标测量的功能。但是，模拟示波器无法具备DSO所特有的预触发、存储和数据处理等测量功能。可以预计，通用DSO全面取代模拟示波器的日子不会很远了。目前，100MHz数字存储示波器的代表性产品，国外的主要有Agilent 公司的5000系列，Tektronix公司的TDSl000、TDS2000系列。国内 DSO的研制工作起步较晚，第一台DSO于1993年在电子部41研究所研制成功，但是起步水平较高，最先推出的是取样率40MSa/s，带宽分别为 750MHz和800MHz的两个型号产品。到96年就把带宽提高到了1GHz。98年把取样率提高到1GSa/s。研制中的100MHz带宽的深存储型DSO已经取得了阶段性成果。目前主要的生产厂家是美国安捷伦公司、泰克公司、力科公司、台湾的固