简易数字存储示波器.doc

简易数字存储示波器1、 设计任务及要求要求 （1）要求仪器具有单次触发存储显示方式，即每按动一次“单次触发”键，仪器在满足触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储，然后连续显示。 （2）要求仪器的输入阻抗大于100k，垂直分辨率为32级/div，水平分辨率为20点/div；设示波器显示屏水平刻度为10div，垂直刻度为8div。（3）要求设置0.2s/div、0.2ms/div、20s/div三档扫描速度，仪器的频率范围为DC50kHz，误差5%。（4）要求设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度，误差5%。（5）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发、触发电平可调。 （6）观测波形无明显失真。二、设计方案数字存储示波器系统由信号调理电路、采样保持电路、触发电路、A/D、D/A、X输出电路、Y输出电路、控制处理器等组成。每隔一端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，当采样频率走高时，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中按原顺序取出，经D/A转化后送至示波器就可以观察到稳定的还原后的波形。3、 相关参数计算及芯片选择1、 A/D的选择根据题目要求垂直分辨率为32级/div,示波器上共8格，即要分为256级，因此可选用8位AD。又由于水平分辨率为20点/div,所以对应于三档扫描速度0.2s/div,0.2ms/div,20us/div的采样速度应分别是100HZ，100KHZ和1MHZ。分析如下： 设扫描速度为s/div,要求水平分辨率为点div,所以每点的取样时间间隔为X/20s,即取样信号的频率为（20X） HZ。因此，当要求三档扫描速度分别为0.2s/div,0.2ms/div,20us/div时，相应的三档采样频率应分别100HZ，100KHZ，1MHZ。由于最高采样速率达到，所以普通的难以满足要求，因此我们选用了公司的位 ADC TLC5510。该芯片用单5V供电，转换速率最高可达到20MPS，内部带有采样保持电路和基准电阻。该芯片的最大优点就是速度快，控制简单。相关资料如下： 封装形式TLC5510模数转换器内含时钟发生器、内部基准电压分压器、1套高4位采样比较器、编码器、锁存器、2套低4位采样比较器、编码器和1个低4位锁存器等电路。TLC5510的外部时钟信号CLK通过其内部的时钟发生器可产生3路内部时钟，以驱动3组采样比较器。基准电压分压器则可用来为这3组比较器提供基准电压。输出AD信号的高4位由高4位编码器直接提供，而低4位的采样数据则由2个低4位的编码器交替提供。内部结构如图推荐的工作条件如下：其工作时序如下：2、 存储器的选择由于最高采样速度是，所以要求存储器的最大存取时间应小于us。由于要求水平分辨率为20点/div，而模拟示波器上共有格，即每一次扫描应有个点，所以存储量仅需个单元。当对输入信号一次采集时，假设最大满屏显示一个周期的信号，则存储个周期的信号就已经超额满足题目的要求，因此存储量选为2K我们选择的RAM是HM6116。HM6116是一种2K*8位的高速静态CMOS随机存取存储器,其基本特征是：（1）高速度-存取时间为100ns/120ns/150ns/200ns(分别以6116-10、6116-12、6116-15、6116-20为标志)。 （2）低功耗运行时间为150mW,空载时为100mW。（3）与TTL兼容。（4）管脚收出与标准的2K*8b的芯片（例如，2716芯片兼容）。（5）完全静态无须时钟脉冲与定时选通脉冲。（6）HM6116有11条地址线（A0A10）、8条数据线（I/O1I/O8）、1条电源线、1条接地线GND和3条控制线片选信号CE、写允许信号WE和输出允许信号OE（3条控制线低电平有效）。这3个控制信号的组合控制HM6116芯片的工作方式，如下表： CEOEWE方式I/O引脚HXX待用（未选中）高阻LLH读出DoutLXL写入Din3、 D/A的选择DAC0832是采样频率为八位的D/A转换器件，芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。DAC0832引脚功能说明：DI0DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线 (+5v+15v)Vref:基准电压输入线 (-10v+10v)AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.4、 信号前向调整模块的选择 信号由输入端进入经LF353进入后，再进入程控增益电路。电压跟随比较电路输入阻抗可高达500K，满足技术指标。它可以减小输入信号的衰减。按键开关控制反相器不同增益。然后，信号再经低通滤波器后输出。 为了使不同幅度的输入信号都能被所采样，所以在采样电路的前端应对输入信号进行一定的放大衰减。由于我们所选用的（TLC5510）电路的输入动态范围为0.6V2.6V，即当输入0.6V的直流信号时，输出为00H，输入2.6V的直流信号时输出为FFH，而(DAC0832)电路输出设计为05V,所以当A/D的输入信号峰值为2.6V（峰峰值为5.2V）时,设示波器的垂直灵敏度定在1v/div,那么Y轴显示8格对应8V,这相当于将输入信号放大了：2.6*28=0.63倍。为使垂直灵敏度为0.1v/div，显示对应0.8V，前向通道需要放大5.20.8=6.25倍，同理可得当垂直灵敏度为0.01V/div时前向通道需要放大62.5倍。5、 采样速率选择 当要求三档扫描速度分别为0.2s/div,0.2ms/div,20us/div时，相应的三档采样频率应分别100HZ，100KHZ，1MHZ，单片机使用的晶振为12MHz，因此需要多级分频；第一级1/12分频器，将晶振频率分频后为1MHz时钟，第二级1/10分频器，将1MHz时钟经过分频后产生100KHz时钟，第三极经过1/1000分频，将100KHz时钟经过分频后产生产生100Hz时钟。4、 硬件电路设计1、 输入通道设计 图1 输入通道 图2 滤波器2、 AD转换电路设计图3 AD转换据其内部结构可有：+5V VDDA 320 270 80 REFT/REFTS REFB/REFBS计算得： 2.61V 0.60V3、单片机及存储器的连接图4 单片机及存储器4、DA转换电路的设计图5 DA转换电路Vout=D*Vref/256，D为二进制数。5、中断触发电路图6 中断触发电路6、采样速率选择电路图7 1/12分频器图8 采样速率选择7、总电路图9 总电路一图10 总电路二8、 电路电源图11 电源电路5、 软件设计1、 总体设计 开始 初始化 中断 读取P1口数据 初始化 读取存储器 OE置1 数据发送到P1口 地址减一 6116地址加一 OE置0 N 是否 200个数据 Y 2、 关键程序段#include#includesbit r=P37sbit w=P36sbit cs=P34sbit ce=P23sbit oe=P24unside chair result ; /转换结果 unside int d ，sd ; /存储器地址/*/*/void main()d=0; /存储器地址起始oe=0; /ADC转换开始while(1)ce=1;cs=1;w=1; /等待ADC结果result=P1;oe=1; /ADC高阻态 sd=d;P0=sd; /地址低8位sd=d;P2=(sd8); /地址高位P1=result; /数据输出ce=0;cs=0;w=0; /存储器写、DAC允许d+; /地址加一oe=0; /ADC正常工作/*中断*/void interrupt() interrupt 0 /外中断0，int i;oe=1; /ADC高阻态 ce=1;cs=1; /存储器、DAC禁止r=1;while(1)d=d-200; /数据起始地址for(i=1;i+;i8); /地址高3位ce=0;cs=0;r=0; /存储器读、DAC转换d+; /地址加一cs=1;r=1; /存储器、DAC禁止6、 设计心得 经过这两个星期的实践和体验，我体会到课程设计让我们学会综合理论知识来运用到设计和创新，在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是单独的专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的是查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计，其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识。虽然过去从未真正应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高。在设计程序之前，对所用芯片的内部结构有一个系统的了解；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题正常，我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。7、 参考资料 1、仪器电路设计与应用，郝晓剑等，电子