基于单片机的简易数字存储示波器设计研究.doc

毕业设计（论文）说明书摘 要随着科技高速发展，模拟示波器的功能不能满足人们的要求，数字存储示波器以其可以存储波形，稳定的输出，方便观察波形，操作简单等特点代替了模拟示波器。本次设计的简易数字存储示波器，以80C51为核心，由信号采集、数据处理、波形显示、控制面板等功能模块组成。整个系统分成A/D转换部分、D/A转换部分、波形存储部分、键盘输入控制四大部分组成。基于题目要求，本系统对数据存储、水平扫描速度输出功能进行了重点设计。此存储示波器即具有一般示波器实时采样实时显示的功能，又可以对某段波形进行即时存储和连续回放显示。输出波形可以在示波器X轴上放大2倍或4倍输出显示。具体设计原理以及过程在下面章节中详细说明。 关键字：数字存储、单片机、AT80C51、D/A转换、A/D转换AbstractWanting develops high speed along with the science and technology, simulates oscilloscopes function not to be able to satisfy peoples request, the digital storage oscilloscope by its may save the profile, the stable output, facilitated the observation profile, characteristics and so on simplicity of operator replaces has simulated the oscilloscope. This designs simple digital storage oscilloscope, take 80C51 as a core, by signal gathering, the data processing, the profile demonstrated that functional modules and so on control panel compose. The overall system divides into a/D conversion fraction, the D/A conversion fraction, the profile memory part, the keyboard entry to control four major part compositions. Based on the topic request, this system to the data storage, the horizontal scanning speed output function has carried on the key design. This storage oscilloscope namely has the common oscilloscope real-time sampling real time display function, may also carry on the immediate memory to some section of profiles and playback the demonstration continuously. The output wave shape may enlarge 2 time or 4 time of output demonstrations on the oscilloscope X axis. Concrete principle of design as well as process under chapter detailed explanation.key words: The digital storage, the monolithic integrated circuit, AT80C51, D/A transform, A/D to transform目 录1 绪论31.1 简易数字存储示波器工作原理31.2 数字存储部分介绍31.3 模/数变换器和垂直分辨率61.4 时基和水平的分辨率72 方案及器件选择92.1 控制部分92.2 存储模块92.3 数据采集模块102.4 器件选择123 软件设计153.1 程序设计思路153.2 程序流程及程序编制163.3 程序介绍184 普通数字存储示波器控制机构及其存储功能204.1 预触发和后触发204.2 特殊的触发方式234.3 波形存贮265 测试结果及总结28心得体会31致谢32参考文献0附录121 绪论1.1 简易数字存储示波器工作原理大部分数字存储示波器采用DMA（直接数据存取 )方式控制采样、储存和显示数据，解决了单片机运行速度上限造成的数据带宽瓶颈，同时兼作锯齿波发生器的输入数据，简化了电路。本次设计采用单片机控制采样、存储和显示数据，采用二进制计数器产生数据存储地址。具有示波功能，可随时锁存当前波形。每隔一段时间对输入的模拟信号进行采样，然后经过A/D转换，把这些数字化后的信息按一定的顺序存入RAM中，当采样频率足够高时，就可以实现信号的不失真存储。当需要观察这些信息时，只要以合适的频率把这些信息从存储器RAM按原顺序取出，经D/A转换和LPF滤波后送至示波器就可以观察到稳定的还原后的波形。 1.2 数字存储部分介绍何谓数字存储，从字意上不难看出，所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号。当信号进入数字存储示波器，或称DSO以后，在信号到达CRT的偏转电路之前（图1.2.1），示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器（ADC）对这些瞬时值或采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字。这个过程称为数字化。获得的二进制数值贮存在存储器中。对输入信号进行采样的速度称为采样速率。采样速率由采样时钟控制。对于一般使用情况来说，采样速率的范围从每秒20兆次（20MS/s）到200兆次（200MS/s）。图1-1 数字存储示波器的方框图存储器中贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。所以，在DSO中的输入信号接头和示波器CRT之间的电路不只是仅有模拟电路。输入信号的波形在CRT上获得显示之前先要存贮到存储器中去我们在示波器屏幕上看到的波形总是由所采集到数据重建的波形，而不是输入连接端上所加信号的立即的、连接的波形显示。数字存储分两步来实现。第一步，获取输入电压的采样值。这是通过采样及保持电路来完成的，见图1-2。图1-2 基本的采样保持电路当开关S闭合时，输入放大器A1，通过开关S对保持电容进行充放电，而当开关S断开时保持电容上的电压就不再变化，缓冲放大器A2将此采样值送往模/数变换器（ADC），ADC则测量此采样电压值，并用数字的“字”的形式表示出来。模/数字变换器围绕一组比较器而构成，见图1.2.3，每一个比较器都检查输入采样电压是高于或低于其参考电压。如果高于其参考电压则该比图1-3 模数变换器基本电路较器的输出为有效；反之则输出为无效。各个比较器的参考电压彼此略有不同，这此参考电压都是用一个电阻链从一个基准电压源而得到的。对于某一采样电压值来说，若干个比较器输出为有效，而其余的比较器输出为无效，接着ADC中的编码变换器就把该采样电压值变为一个“数字”，并将其送往数字存储器或单片机内存单元。这种类型的ADC称为闪其速式（flash)模/数字变换器。因为它能在“一闪”间把一个模拟输入电压变换为一个“数字”。除此之外，还可以使用其它类型的模/数变换器，。其模/数变换是由几步动作来完成的，但是其缺点是完成一个采样压的变换所需时间较长。1.3 模/数变换器和垂直分辨率ADC通过把采样电压和许多参考电压进行比较来确定采样电压的幅度。构成ADC所用的比较器越多，其电阻链越长，ADC可以识别的电压层次也赵多。这个特性称为垂直分辨率，垂直分辨率越高，则示波器上的波形中可以看到的信号细节越小（见图1.3.1）。垂直分辨率用比特来表示，垂直分辨率就是构成输出的字的总比特数（即数字输出字的长度大小）。这样ADC可以识别并进行编码的电压层次数可以用下式来计算：层次数=2比特数多数示波器使用比特的模/数变换器，所以能够按28=256个不同的电压层次来表示信号电平，这样就能够提供足够的细节以便研究信号和进行测量，在这种垂直分辨率下，可以显示的最小分辨率大约和CRT屏幕上光点的直径大小相同，代表采样电压值的一个ADC输出字包含8个比特，并称为一个字节。在现实当中，增加垂直分辨率的限制因素之一是成本问题，在制造ADC时，输出字每多增加一个比特，就需要将所用的比较器数增加一倍并使用更大的编码变换器，这样一来就使得ADC电路在电路板上占据大一倍的芯片空间，并消耗多一倍的功率（这又将进一步影响周围电路）结果，增加垂直分辨率又带了价格的提高。1.4 时基和水平的分辨率在数字存储示波器中，水平系统的作用是确保对输入信号采集足够数量的采样值，并且每个采样值取自正确的时刻，和模拟示波器一样，水平偏转的速度取决于时基的设置（s/格）。构成一个波形的组全部的采样叫做一个记录，用一个记录可以重建一个或多个屏幕的波形，一个示波器可以贮存的采样点数称为记录长度或采集长度，记录长度用字节或千字节来表示，1千字节（1KB）等于1024个采样点。通常，示波器沿着水平轴显示512采样点，为了便于使用，这些采样点以每格50个采样点的水平分辨率来进行显示，这就是说水平轴的长为512/50=10.24格。据此，两个采样之间的时间间隔可按下式计算：采样间隔=时基设置（s/格）/采样点数若时基设置为1ms/格，且每格有50个采样，则可以计算出采样间隔为：采样间隔=1ms/50=20us采样速率是采样间隔的倒数：采样速率=1/采样间隔通常示波器可以显示的采样点数是固定的，时基设置的改变是通过改变采样速率来实现的，因此一台特定的示波器所给出的采样速率只有在某一特定的时基设置之下才是有效的。在较低的时基设置之下，示波器使用的采样速率也比较低。设有一台示波器，其最大采样速率为100MS/s那么示波器实际使用这一采样的速率的时基设置值应为时基设置值=50样点采样间隔=50/采样速率=50/（100106)=500ns/格了解这一时基设置值是非常重要的，因为这个值是示波器采集非重复性信号时的最快的时基设置，使用这个时基设置时示波器能给出其可能的最好的时间分辨率。此时基设置值称为“最大单次扫描时基设置值”，在这个设置值之下示波器使用“最大实进采样速率”进行工作。2 方案及器件选择2.1 控制部分方案一:采用简单逻辑电路组合成控制系统。可以就系统的各个部分在系统工作时的状态画出时序图，转化为真值表进行逻辑运算，设计出逻辑电路来控制系统的运行。此方案由纯硬件实现，设计复杂，系统庞大，多级门电路的串联造成的时延对系统的稳定产生不利的影响，而且难以对数据进行复杂的处理。 方案二:以单片机控制系统为主，辅以少量的必要的逻辑电路。可以利用有限的控制线和数据/地址总线，简化系统的硬件设计，并充分发挥数量不多的数字逻辑器件的作用，由于数字器件的高速性，例如:采用高速触发器CC4043,可编程计数定时器CC4520以及一些必要的逻辑器件的速度都可达数上百赫兹，加上采用ADC0809，足以满足整个系统的采样储存速度，可以满足并超过采集速度的要求同时可以用软件实现系统的功能和对数据进行各种后期处理,改善人机界面。方案三:纯单片机控制系统，这样系统规模小，有一定的灵活性。但是对实现的功能及对数据的后期处理有很大的制约。 综合考虑，本设计采用方案三，采用AT80C51单片机控制系统的运行2.2 存储模块方案一:由单片机启动A/D转换，读入采集到的数据，然后转存到RAM内，期间可以把数据送到D/A转换芯片输出。此方案设计简单，易于实现。但是在一个采样周期内单片机要完成多个读写外部数据的操作，严重制约了数据的采样速度。 方案二:采用DMA(直接存储器存取)方式实现数据的高速采样和存储。DMA控制器、A/D转换器、RAM、D/A转换器等器件，全部挂在总线上。当启动DMA方式时，单片机让出数据和地址总线，由DMA控制器控制数据的读写；当DMA控制器完成工作后，单片机再接管总线控制权，执行其他读写操作。采用DMA方式存取数据时，在时钟脉冲的上升沿启动发送设备送出数据，同时在地址总线发出相应的目标地址并选通相应的接收设备，然后在时钟脉冲的下降沿将数据直接通过数据总线送人接收设备，实现了数据的直接传送(即不经CPU的传送)。期间由于并不经过转存数据的过程，因此传输速率基本上只取决于数据的发送设备和接收设备的速度或DMA控制器的速度。 本设计采用方案一。考虑到数据传输不是很快，而且是单向传输(数据存到 RAM)，在没有专用DMA控制器的情况下，单纯用单片机控制系统的数据采集和存储。2.3 数据采集模块方案一:采用集成运放OP37对电压、电流信号进行放大。由理论公式计算可得此电路的放大倍数为方案二:采用D/A芯片DAC0832和精密低噪运放OP37组成程控运放模块，由单片机控制其放大倍数。改变DI的置数，可以改变模块的放大倍数，关系如表 2.3.1 所示。它可以实现以10倍为1挡的灵敏度调节。这种方法只适合输出电压在较低的幅度，对于大信号来说实际上增大了噪声和零漂。图2-3 运放OP37DI置数放大倍数000000102/2560001010020/25611001000200/256表2-1 DI置数与放大倍数对照表方案三:采用程控放大器 PGA102 实现信号的放大。通过控制 PGA102 的管脚1(AO)、2 (A1)逻辑状态可以改变它的放大倍数，如表 2.3.2 所示，可以满足每挡变化10倍，而且精度较高，控制也很方便。本次设计没有采用放大设备。A0A1增益增益误差0000.00301100.01101000.015111000表 2-2 A0、A1逻辑状态与增益和增益误差对照表2.4 器件选择根据以上方案选择所得结果，列出器件清单：n ADC0809 一片 n DAC0832 一片n AT80C51单片机n 拨码开关 1.ADC0809介绍：按工作原理分，A/D转换器的主要种类有：逐次逼近式、双计分式、计数比较式和并行式。ADC0809为8位逐次式、单片CMOS集成A/D转换器。主要性能：l 分辨率8位；l 精度：小于1LSB；l 单+5V供电，模拟输入电压范围为0+5V；l 具有锁存控制的8路输入模拟开关；l 可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容；l 功耗为15mW；l 不必进行零点和满度调整；l 转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：101280kHz。ADC0809与单片机的接口可以采用查询方式和中断方式。在查询方式中，由于ADC0809片内没有时钟，故利用80C51提供的地址锁存允许信号ALE经过D触发器二分频后获得。ALE引脚的频率是单片机的1/6，我们所用的单片机时钟频率为12MHz，则ALE引脚的频率为2MHz。在经过二分频后为1MHz，所以ADC0809能可靠工作。采用中断方式可大大节省CPU时间。当转换结束时，EOC向单片机发出中断申请信号。响应中断请求后，由中段服务子程序读取A/D转换结果并存储到RAM中，然后启动ADC0809的下一次转换。2.DAC0832介绍：DAC0832由一个8位输入锁存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器及逻辑控制电路组成。输入数据锁存器和DAC寄存器构成了两级缓存，可以实现多通道同步转换输出。可以工作于双缓冲、单缓冲和直通方式。主要特性：l 分辨率为8位；l 电流建立时间1us；l 数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；l 输出电流线形度可在满量程下调解；l 逻辑电平输入与TTL电平兼容；l 单一电源供电（+5+15V）；l 低功耗，20mW。3.80C51介绍：80C51单片机主要由以下几部分组成：（1）CPU系统l 8位CPU，含布尔处理器；l 时钟电路；l 总线控制逻辑。（2）存储器系统l 4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64K）；l 128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64K）；l 特殊寄存器SFR。（3）I/O口和其它功能单元l 4个并行I/O口；l 2个16位定时/计数器；l 1个全功能异步串行口；l 中断系统（5个中断源、2个优先级）。80C51系列单片机采用双列直插式（DIP）、QFP44（Quad Flat Pack）和LCC（Leaded Chip Carrier）形式引脚封装。本次设计的硬件连接图如附录1。注：其中拨码开关功能是控制在程序循环执行显示存储波形时，判断是否复位。3 软件设计本次设计的简易数字存储示波器的方框图（图3-1）：A/D转换单片机控制系统控制存储键盘输入D/A转换D/A转换X输入 Y输入 普通示波器输入信号图3-1 简易DSO方框图3.1 程序设计思路因为本设计中，数据采集和存储采用了单片机控制，所以软件主要功能是控制采样，存储和输出以及对系统各部分工作进行协调。在系统初始化时，由CPU控制总线，在需要进行数据采集时,先设定好采样点数和采样速率,然后让出总线,由ADC0809进行数据采集，并直接送到80C51储存单元，采集数据完成后，存储在存储单元的数据送入DAC0832，然后通过示波器显示出来。软件关键部分为按键控制部分，数据采集部分和D/A转换部分。按键控制部分主要控制存储波形，输出存储波形，波形在时间轴上的放大。把存储在内存中的数据按照设定的时间送给D/A转换器，改变送出数据时间间隔从而改变波形的延伸倍数。 数据采集部分进行数据采集，并通过单片机控制存储在片内或片外RAM中。D/A转换部分包括读取片内RAM或片外RAM判断间隔时间然后输出波形送给示波器显示，实现存储波形的显示、实时显示、在时间轴上的延伸等子功能。原打算设计使用两个存储单元块，采用时间中断系统显示波形，这样大大减少存储采样点与另一次存储采样点的时间间隔，波形失真减少，但是由于时间中断系统可能在存储采样信号未完成时产生中断，这样很可能产生波形混乱，所以没有采用此方法。3.2 程序流程及程序编制程序的主流程图如图3.2.1：显示存储波形子程序流程图如图3.2.2：这个流程图是显示存储波形子程序的，包含了1倍、2倍或4倍延伸显示，在设置间隔时间即是计算输出采样点与下一个采样点之间的时间间隔，这样可以完成1倍、2倍、4倍显示。本次设计具体程序如附录2。开始是否有按键A/D转换初始化存储20采样点计算输出频率D/A转换K6按下？K5按下？K4按下？存储100采样点K3按下？K1按下？K2按下？显示存储波形显示4倍存储波形显示2倍存储波形实时显示2倍波形实时显示4倍波形NYYNNNNNYYYNY图3-1 主程序流程图Y MOV SP,60H MOV SP,60H开始数据转换完毕？置计数器初值启动A/D设置间隔时间改变计数器及表指针转到主程序初始化拨码开关打开？Y MOV SP,60H MOV SP,60HNN图3-3 显示存储波形子程序3.3 程序介绍一，主程序，扫描键盘判断是否有按键按下，如果没有按键按下，程序继续执行，转入A/D转换，结果依次送入单片机内部存储器的20个存储单元，存储结束转入D/A转换，数据读取中间有时间间隔，判断0D0H.1和0D0H.2是否置位，控制波形输出频率。如果有按键按下，则程序判断是哪个键按下，从而跳转执行各个子程序。二，存储波形子程序，A/D转换结果由单片机控制依次存入外部存储器的100个存储单元，当这100个存储单元存储完毕，程序自动转入扫描键盘继续执行主程序。三，显示存储波形子程序，按外部存储器存储数据顺序读取数据进入D/A转换，数据转换中间有一定的时间间隔，可以控制波形的单倍、双倍、四倍延伸输出。循环读取数据进入D/A转换，每次循环会判断是否复位拨码开关是否开启，如果开启程序自动转入扫描键盘继续执行主程序。四，实时显示双倍、四倍子程序，进入此子程序把0D0H.1或0D0H.2位置位，然后转到扫描键盘继续执行主程序。4 普通数字存储示波器控制机构及其存储功能DSO有许多新的特性，这就使得DSO有许多模拟示波器没有的控制机构，下面我们将介绍若干最常见的控制机构。本次设计采用边沿触发方式，作用最终产生统一的上升沿有效的触发信号。实验板上，单片机与A/D转换器时钟信号连接在A/D转换器介绍中已经介绍。4.1 预触发和后触发 每次时基扫描都是由一个触发事件启动的。这样一来我们就只通用性研究观察触发时刻以后的信号变化情况。在很多应用场合，我们感兴趣的波形部分并不紧跟在引起稳定触发的信号部位的后面，而是在触发以后一段时间，或者甚至可能在触发之前。例如，当一个半导体器件被打开时，其输出信事情的幅度可能很大，我们可以用它来触发示波器，但是，如果我们要研究该半导体器件开始导通的很小的输入信号时，我们就会发现，这个信号太小因而不能准确的触发示波器。这就要求示波器具有所谓的预触发观察能力：即由一个信号（这里指那个大的输出信号）来触发示波器，而示波器显示触发时刻之前的信号的能力，这就使得示波器能用多通道的波形详细地显示出一个系统的输入和输出信号，从而看出系统响应的因果关系。在另一些情况下，你可能想要详细地研究触发事件之后一段时间发生的信号有关部分。例如在研究一个方波的抖动的大小，就可以使用一台具有后触发延迟或后触发观察能力的示波器。这时可以使用方波的一个沿来触发示波器，而把时基设置成很高的速度以显示抖动，其做法是：在示波器探测到触发事件时，启动一个后触发延迟计数器。将此计数器的计数时间设置成大约等于一个信号周期的时间。当此预先设计的定时时间结束以后，示波器就开始从方波的下一个上升沿将开始的时刻开始采集。由于延迟计数器是一个非常稳定的石英晶体控制的数字时钟，它与被测信号无关、独立工作，所以被没方波信号的抖动就会表现为示波器上采集到的上升沿位置的不稳定性。也就是说在各次采集过程中，方波的上升沿将会在相对于触发事件卡拉奇不同时刻（即屏幕上的不同位置）出现。触发位置：具有预触发或后触发延迟能力的示波器必须具有某种方法来控制延迟时间的大小，这可以用触发位置控制机构来完成。这个控制机构可以舍不得触发位置在屏幕上或者在采集记录中移动。在有些示波器中，触发位置只能设置为几个预先规定的数值，例如在采集的信号记录的开关、中间和结尾。但如示波器具有很宽的触发位置控制范围，使用起来将会是很方便的。因此PM3394A示波器就允许用户将触发时刻设置在整个采集记录中的任何位置，并且触发位置还是连续可变的。毛刺捕捉：图4.1.1所示的是一个带有快速的毛刺或尖峰的失真正弦波。产生这种波形的原因可能是由于其它电路的干扰，也可能是由于连线离被测系统过近的缘故。这些毛刺常常会引起系统发生误动作。如果使用模拟示波器来观察，只有当毛刺信号是重复性的并且和主信号（即这个例子中的正弦波）同步时，我们才能看到毛刺信号。或者，如果我们的运气好，出现了很多的毛刺的朦胧形象。由于毛刺源于其它的电路系统，所以这些毛刺通常只是偶尔发生，并且和主信号不同步。那么，通过DSO我们不一定能触发这些毛刺，首先我们必须确保示波器已准备好去捕捉这些快速毛刺。DSO在特定时刻对输入信号进行采样，采样点之间的时间间隔取决于时基设置。如果毛刺的宽度比示波器的时间分辨率还要小，那么能否捕捉到毛刺就看运气如何了。为了能够捕捉到毛刺，我们的办法就是峰值检测或毛刺捕捉。 采用峰值检测的方法时，示波器将对信号波形的幅度连续地进行监测，并由正负峰值检测器将信号的峰值幅度暂时地存贮起来。当示波器要显示采样点的时候，示波器就将正或负峰值检测器保存的峰值进行数字化，并将该峰值检测器清零。这样在示波器上就用检测到的信号的正，负峰值代替了原来的采样点数值。因此，峰值检测的方法能够帮助我们发现由于使用的采样速率过低而丢失的信号或者由于假象而引起失真的信号。峰值检测的方法对于捕捉调制信号，例如图4.1.2所示的AM波形，也是非常有用的。为了显示这类信号，必须将示波器的时基设置得和调制信号在频率相配合，而在这种信号中，调制信号的频率通常在音频范围但载波频率通常为455KHz或者更高。在这种情况下，不使用行刺捕捉功能，就不能正确地采集信号，而使用了毛刺捕捉功能就可以看到类似模拟示波器所显示的波形。示波器上的峰值检测功能是通过硬件（模拟）峰值检测器的方法或者快速采样的方法来实现的，模拟峰值检测器是一个专门的硬件电路，它以电容上电压的形式存贮信号的峰值，这种缺点是速度比较慢，它通常只能存贮宽度大于几个微秒且具有相当幅度的毛刺。 数字式峰值检测器围绕ADC而构成，这时ADC将以可能的最高采样速率连续对信号进行采样，然后将峰值存贮在一个专用的存储器中，当要显示采样点的值时，贮存的峰值就作为该时刻的采样值来使用。数字式峰值检测器的优点是其速度和数字化过程的速度一样快，本书中用作示例的示波器PM3394A就能够在很低的时基速率设置下，如1秒/格，以正确的幅度采集到窄至5ns的毛刺。滚动模式：DSO能用和模拟示波器类似的方式显示波形，从触发事件开始，示波器采集信号的采样点，并将其存于采集在储器中的连续位置中。一旦新的数据已将存储器的最后一个单元填满以后，采集过程结束，示波器就将采集存储器中的波形数据复制到显示存储器中去，在此时期示波器不再采集新的数据。对于低频应用的场合，信号的变化周期可达分钟量级而远不只是微秒的量级，这时DSO可以应用于一种全连续的显示方式：滚动模式。而这种背后的极样点显示于屏幕的右面，屏幕上已有的波形则向左滚动（见图4.1.3）。老的采样点一旦移动到屏幕的左面即行消失。这样一来示波器屏幕上显示的波形总是反映出最新信号对时间变化的情况。由于有了这种滚动模式，我们就可以用示波器来代替图表记录仪来显示慢变化的现象，诸如化学过程、电池的充放电周期或温度对系统性能的影响等。4.2 特殊的触发方式DSO的存贮功能使它成为捕捉十分罕见、甚至于只发生一次的信号，例如单次事件或者系统闭锁等情况的极为有用的工具。为捕捉这些信号就要求示波器具有各种各样的触发方式去探测这些特殊的条件，以便启动波形采集。这实惠这一目的，只有边缘触发方式往往是不够的，为此又开发了若干附加的触动发能力。我们在此讨论其中的几种。4.2.1图形触发：在逻辑硬件电路各，信号是由许多并行的线来传送的，整个硬件的瞬时状态则是由在给定时刻时这些线上的状态来表示的。为了识别硬件状态，就需要有一种仪器来检测这些线的状态。使用图形触发功能可以监视多条，例如4条线的状态，当探测到用户规定的图形（例如HHLH）或字时，示波器就被触发。由于图形触妇的设计是和数字逻辑配合使用的，因此，可以用来监视各条线的状态是为高（H）、低（L）、或者任意（X）。4.2.2状态触发：逻辑硬件通常是围绕着一个中央时钟系统来构成的。其中的所有硬件都在时钟系统的指令之下来存贮其输入信号，因此我们的测试仪器也应依据同样的原则工作。当使用状态触发时。输入信号怕自理方法和图形触发时一样，只不过把其中的一个输入信号当作时钟信号。如果示波器在时钟上升沿或下降沿时存贮的其余三条线的输入字和用户规定的触发定一致，则示波器新触发。4.2.3毛刺触发：使用毛刺触发时，能引起系统误动作的窄脉冲，如毛刺、类似峰值等可以引起示波器触发。如果一个系统是设计在DC到某一频率信号下工作的，那么由于线路走线可能会使系统引入比此范围更高的频率信号，例如来自其它线路的干扰或吸收大功率的瞬变信号等，可以把示波器设置为当被测脉冲的宽度小于允许的最高频率信号之周期的一半时触发。国为我们可以认为，在正常工作的情况下，这样窄的脉冲是不会发生的。毛刺触发的另一个应用场合是逻辑硬件，这时硬件电路的逻辑状态都是和系统时钟同步变化的。结果，这种硬件电路中的脉冲宽度都应为系统时钟周期的整倍数。在这种系统中，故障的发生常常和脉冲宽度异常有关，为了探测故障，我们现在可以把示波器的触发条件设置为在脉冲宽小于一个时钟周期时触发。4.2.4时间限定触发：这种触发方式使得示波器在满足一定的时间长度要求的条件下，可以按上述任何一种方式触发。这种时间长度要求可以是要注意最小时间长度（如果时间长于某值则为有效），要求某一最大时间长度或者要求某一个从最小值到最大值的时间范围。时间限定触发对于按照系统不能满足正常工作条件来触发以对系统进行检测时非常适用的。还可以用这种触发方式来探测连续工作信号发生的中断现象。4.2.5事件延迟：这种触发方式使示波器多个信号的情况来触发，而其中的一个入号，用来延迟采集的超始点。触发周期是由一个主信号，通常为多个信号通道之一启动的。接收到主触发信号以后，示波器就开始检查第二个信号（这也可能还是那个主触发信号，但取不同的电平），并对这个信号上的触发事件进行计数，当达到预先规定的触发事件数时，示波器就开始采集波形。典型应用实例为串行数据线、控制系统及机械环境等。4.2.6N次周期：这种功能可以用来从输入信号中选出每个第N次出现的波形，然后将这种选出的信号加到正常触发系统来使示波器触发。当一个信号受到它的谐波的影响而失真，也就是说这个信号是周期性的但其各个周期并不完全相同，这种情况下，N次周期触发方式特别有用。例如，其一系统按某一固定频率运行，但是每过12个脉冲，脉冲宽度就变得宽一些。这时可以选择“N=周期=，这样示波器就只对这些变宽的脉冲做出响应，引起触发4.3 波形存贮被测信号的波形存入存储器以后，可以将其复制到所谓的后备存储器或寄存器中，供以后进行分析或作参考及比较的目的使用，DSO中通常装有多个这种存储器可以按扫迹存储器的方式设置，这时示波器多通道采集的每一条扫迹将分别存贮，也可将后备存储器设置为记录存储器，这时示波器将多通道采集所有数据同时存贮了所有有关的时间信息。示波器配备大量的后备存储器对于在现场工作的工程师是很方便的。这时工程师可以把现场测量期间所有有关的波形都存贮下来，以便以后生成硬拷贝，或将这些波形传往计算机再作进一步的分析。在DSO屏幕上看到的波形是由存储器中的采样点重建出来的信号波形。这时示波器在屏幕上显示出这些采样点，并在这些采样点之间画出连线，这种波形显示的工作可以按几种方法来做，最简单的方法是在各个采样点之间用直线连接，这种京都我为线性内差，只要各采样点之间告得很近，例如每格50个采样点，用这种方法就能获得足够的重建波形，如果在信号跳变沿前后都采集了采样点，那么用这种方法就可以观察领事的沿，如果将显示的波形在水平方向放大，使得采集的采样点之间的距离变大，那么示波器屏幕上信号波形的亮度就会降低，所以，示波器是通过计算出内插的或显示的采样值来保持屏幕上显示的采样点数足够高，当屏幕上的波形在水平方向放大得很大时，在屏幕上显示出一条通过各采样点的连续的曲线就比在采点之间用直线连接要好得多，为此可用使用正弦内插法。采用这种方法时，在屏幕上将各个采集的采样点用幅度和频率均为可变的最佳正弦拟合曲线连接直来。采用了内插的方法以后，既使当屏幕上每格的采样点数较少时也能得到和模拟示波器显示波形类似的自然平滑的重建波形。为了察看真正的采样点，示波器通常设有点显示方式，在此方式之下，不使用任何内插方法。选择这种方式以后，我们在屏幕上只能看到用离散亮点表示采样点，而在这些点之间没有任何连线。5 测试结果及总结通过单片机控制本次设计可以实现数字存储示波器的一些简单功能，如实时显示波形、波形延伸、存储波形、显示存储波形、显示存储波形延伸等，但是由于设计中的不足，会产生波形的失真及毛刺现象。具体为开机后则开始显示输入波形，当有按键按下则执行子程序，K1键为存储波形，K2键为显示存储波形，K3键为显示2倍存储波形延伸，K4键为显示4倍存储波形延伸，K5键显示2倍输入波形延伸，K6键显示4倍输入波形延伸，K7，K8没有设置子程序，继续执行主程序，如果加入输入波形调整方案，可以用这两个键控制。对输入信号有很大限制（5KHz300KHz）。由于在采集信号之前没有对输入波形信号调整的设备，所以对输入信号有一定的要求，即是如果周期信号频率高于采样频率，这样在周期信号的一个周期中只有一个采样点或者没有采样点，则会出现很大的失真甚至在示波器上没有波形显示。当输入信号频率低于采样信号的3倍或更低则不会出现明显的失真，我们采用1MHz采样频率所以规定输入信号范围为5KHz300KHz。而输入信号频率过低则采样时会很大浪费，每次采样20个采样点只能采样输入波形信号的一部分，也会产生失真而且出现毛刺现象。本次设计没有进行波形的幅度变化，如果采用10位的DAC模/数变换器，则可以在程序中加入乘法程序，使得输出信号幅度变化，从而波形会更清晰。由于受客观条件的影响，本次毕业设计只能单纯以简单单片机控制的形式进行，这使得实践性大大打了折扣。但这并不会影响毕业设计的顺利完成，毕竟现阶段还是以理论知识的学习为主，适量的实验为辅。通过本次毕业设计我发现了自己理论知识的不足，通过查阅大量的图书资料以及网络上的资料，通过请教同学和老师，还是学到了许多全新的知识，无论是在对具体的元器件的认识上还是对程序编制的把握上都有了不小的进步！对本专业有了一个最初步的认识。由于我们所学的专业是涉及到电学的，而且基本的电学知识已经和即将成为人们必备的技能之一，学好电学的意义已勿用多言。本次课程设计将会在很大程度上促进后面的学习，学为所用、团队合作的意识也将会更加突出。本学期的电子劳动和这次课程设计是我们学以致用的开始和纯理论向实践转型的开端。总而言之，本次课程设计给了我很大的启发和帮助。在为期三个月的毕业设计中，通过查阅大量的图书资料，咨询指导老师和周围的同学，最终我得到了比较满意的设计结果。通过本次毕业设计，我受益匪浅。首先，我对个元器件的原理及性能有了更深入的理解和认识，较好的掌握了电容数字测量仪的设计、组装与调试方法，熟悉了相应的中大规模集成电路的方法，进一步掌握了其工作原理。其次，我对本专业的专业知识有了更清楚的认识，更加明确了本专业的研究方向，对以后的学习研究将会有很大的帮助。最后，通过亲自实践，培养了我独立思考的能力及思维的灵活性和缜密性，锻炼了自己综合运用的能力。总而言之，这次课程设计无论在理论还是实践方面都给了我极大的经验和启发。在以后生产生活中随着科学技术的飞速发展, 一些新的技术不断出现, 数字存储示波器（DSO）相应地对量的要求也越来越高。比如,在屏幕上同时显示不同的时间内几个波形; 某一波形的局部扩展; 对一些波形进行存储以便以后观察等。原有模拟示波器已不能满足要求,取而代之的是电子简易数字存储示波器。电子简易数字存储示波器整个系统的调节在相应软件支持下自动进行, 包括自动设置、自动测量、自校、自诊断、波形存储、I/ O 输出等。数字存储示波器, 可以有长期存储波形特点,而且能进行波形比较。将数据存储区分为奇数和偶数两部分, 可以分开保护, 将参考电压波形存入半个存储区进行保护, 将被测波形存入另半个存储区, 当两个波形一致时, 可以合成一个完整波形, 两个波形不一致时, 可以在荧光屏上清楚地比较它们的差别。至此经过三个来月的设计与开发，感谢这次带我毕业设计老师的悉心教导，感谢这次毕业设计的同组同学不倦帮助，感谢学校四年来的谆谆教导及感谢希望图书创作室、图像处理研究院的各位编者。我们小组在乔建华老师的悉心指导和本小组同学的大力协助下，我们完成了简易数字存储示波器设计的设计，基本上达到了要求。当我在理论知识和实际设计遇到困难时，每次都是老师帮助了我，让我少走了很多弯路，同时又学到了很多书本上没有的东西，那些都是他长期以来搞实际设计和研究的结果。心得体会在动手工作之前，我们的知识面较窄，为了做好这个工作，必须去查资料，我们翻阅图书馆的大量藏书和许多期刊，找寻各种元件的不同用法，这极大地拓展了我们的视野，为我们以后的工作打下了一点基础。我们为了做这个工作想了很多的方法，也做了很多的实验，虽然各种创新的方案因为各种原因都失败了，但我们的思维大大的活跃了。我们相信，我们的很多方案时有可取之处的，如果实验条件较好，时间较充裕，可能有些方案可以实现。为此，我们还要继续努力，争取在目前成品的基础上进一步改进，进一步尝试各种方案。致谢我的毕业论文是在李玉东老师的悉心指导下才得以顺利完成的，在论文设计过程中我得到了李老师很大的帮助，从他那里我学到了如何发现问题和解决问题的方法以及严谨的工作作风，这些毫无疑问将对我以后的工作和学习带来巨大的好处，在此我向李老师致以诚挚的谢意！另外我还要感谢多年来给予我关怀和支持的亲人和朋友们，他们是我一直以来前进的动力源泉。感谢母校对我的培育，她让我形成了正确的人生观和价值观，我成功的每一步都有她的功劳。大家对我的帮助让我受益无穷，让我终生受用，在这里我对他们表示最诚挚的谢意！8参考文献1 李全力、迟荣强.单片机原理及接口技术.高等教育出版社，20042 全国大学生电子设计竞赛便委会.北京理工大学出版社，20033 肖晓萍.电子测量仪器.电子工业出版社，20054 周群.电子系统设计与实践.电子工业出版社，20045 李刚.51系列单片机系统设计与应用技巧.北京航空航天大学出版社，20046王宏峰ARM处理器在数字存储示波器中的应用研究【D】国防科技大学20047李毅等数字存储示波器触发电路的数字化技术研究_义器仪表学报20043维普资讯 http:/www.cqvip.8王文革, 智海燕, 周凤珍, 等. 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