简易数字存储示波器技术

1、淮北师范大学课程设计报告学生姓名: 曹浩 学 号： 20091202003 专业班级： 计算机科学与技术（非师范） 课程名称： 简易数字存储示波器设计 2013年3月18号目录（1）设计任务与要求 2（2）总体方案设计 2（3）硬件电路设计 3（4）程序设计 6（5）调试说明 9（6）结论及总结 10（7）参考文献 12（8）附录 13设计题目：简易数字存储示波器设计一 设计任务与要求说明1 数字存储示波器原理分析阅读相关的参考文献，了解数字存储示波器的组成单元、电路结构及相关的专业术语。分析数字存储示波器的工作原理。掌握数字存储示波器中最基本的数据采集及处理方法。2 简易数字存储示波器电路设

2、计根据单片机试验系统提供的相关信号线，使用ADC0809、DAC0832和相关外围电路元件，组成最基本的A/D转换和D/A转换电路。要求具有单通道05V的电压输入范围，双通道05V的电压输出功能。画出电路原理图，确定元器件参数，并给出关键元件参数的计算方法。3 被测信号说明及测量任务要求被测信号产生电路参见附录“A/D、D/A接口实验扩展卡电路原理图”。当按下S1时，电容C5完全放电，A/D转换器输入电压为零；抬起S1时，电容C5开始充电，A/D转换器输入电压按RC过渡过程开始上升，最终达到+5V。图中RC时间常数约为10ms，整个充电过程需要35倍的RC时间常数时间。本设计要求使用A/D转换

3、器捕捉电容C5充电的完整过程，并将采样数据存储起来。然后依次将采样数据通过D/A转换器循环输出，产生一定频率的重复波形，送到普通示波器显示。基本要求：使用一个D/A转换器通道，将信号波形施加到示波器的Y轴，X轴扫描信号由示波器产生并调节，实现RC充电过程的波形稳定显示。4 简易数字存储示波器程序设计5. 简易数字存储示波器调试二 总体设计方案1 数字存储示波器工作原理输入前置放大器存储器时基与触发器A/D数字输出接口电源示波器模拟输出接口水平放大器垂直放大器D/A地址计数脉冲和逻辑控制D/A模拟信号111222IEEE-488RS232地址数据图 数字存储示波器的基本框图数字存储示波器的基本框

4、图如上图所示，图中，可选择开关1接通模拟信号显示方式，示波器与普通示波器工作原理相同；当选择开关2时，接通数字存储工作方式。在这种工作方式下，输入的被测信号通过A/D变换器变成数字信号，由地址计数脉冲选通存储器的存储地址，将该数字信号存入存储器，存储器中的信息每256个单元组成一页，即一个地址页面，当显示信息时，给出页面地址，地址计数器则从该页面的0号单元开始，读出数字信息，送到D/A变换器，变换成模拟信号送往垂直放大器进行显示，同时，地址信号亦经过X方向D/A变换器送入水平放大器，以控制Y方向信号显示的水平位置。2 电路组成及功能应用该电路由输入前置放大模块，时基与触发模块，D/A模块，A/

5、D模块四部分组成。前置放大模块主要用于放大模拟信号；时基与触发模块是由时基信号产生高低电平来控制电路是否触发；D/A模块主要是把数字信号转变成模拟信号；A/D模块主要是把模拟信号转变成数字信号。三 硬件电路设计1 基本工作原理（1）A/D模块ADC0809的数据线、地址线、读/写信号与单片机试验系统板连接，其片选信号来自实验系统板的地址译码器，有效地址范围为F000-F3FFH(PS4).U8A将ALE信号2分频，产生500KHZ的转换时钟。U7B和U7C与片选信号PS4配合，完成AC0809的通道选择、启动转换和数据读取。U8B将EOC信号转换极性，生成INT0信号，向单片机提出中断请求，同

6、时L2驱动发光，指示A/D转换已经完成。图中RP4为参考电压调节电位器，RP5为ADC0809的IN-7输入电压调节器。S1为RC过渡过程输入控制按键，当S1从按下状态抬起时，IN-6引脚将产生RC充电过程的电压变化，该变化过程可由ADC0809定时取样捕捉到，用于实现存储示波器的相关实验。输入端VIN1和VIN2引到了试验卡的连接器J1上，用于连接外部的电压输入，相关的串联电阻和嵌位二极管组成保护电路，防止外部的电压输入过高造成ADC0809的损坏。通过不同输入通道的选择和相关的电压调节，配合不同的实验程序，可以对ADC0809进行不同的实验测试。（2）D/A模块DAC0832的数据线、地址

7、线、读/写信号与单片机试验系统板连接，其片选信号来自实验系统板的地址译码器，U2(输出端为VO1)的有效地址范围为F800-FBFFH(PS6)，U3（输出端为VO2）的有效地址范围为F400-F7FFH(PS5)。通过拨码开关SW1的选择，可分别接入低通滤波电容C2（闭合SW1-1）和C3（闭合SW1-2），也可以改变参考电压的极性（SW1-3闭合时为-5V）和工作模式（SW1-4闭合时为单缓冲）。SW1-4断开时两片DAC0832均工作在双缓冲模式，第二级缓冲器的选通信号来自试验系统板地址译码器的PS7输出，其有效地址范围是FC00-FFFFH。图中RP2为参考电压调节电位器，RP3为VO

8、1输出的调零电位器，RP1为VO1输出的满度调节电位器。输出端VO1和VO2J1引到了实验卡的连接器上，可用于连接外部电路，也可以连接万用表和示波器，以便测量输出电压和输出波形，输出端VO1还通过限流电阻连接 LED指示灯 L1，可以观察到输出电压变化引起 LED亮度的变化，通过外围电路的不同选择和参数调节，配合不同的实验程序，可以对 DA0832进行各种工作方式的实验测试。2设计思路根据单片机试验系统提供的相关信号线，使用ADC0809、DAC0832和相关外围电路元件，组成最基本的A/D转换和D/A转换电路。3 主要芯片芯片名称数量DAC08322ADC0809174HC74174LS02

9、1LM32414 元件参数计算方法1)存储深度M设水平分辨率为HD则单通道存储深度应为M=HD×10，本设计数据存储深度为256字节，存满256 字节后自动从头开始刷新。可用DPTR做数据指针，利用INC DPL指令实现DPTR在C000HC0FFH之间自动循环。另外在发挥部分要求增加一个D/A转换器通道，产生频率可变的X轴扫描信号。2）A/D转换速度的计算A/D转换速度取决于最高采样率， A/D转换的速度应不低于最高采样率3）RC时间常数计算R=100，C=10F =RC=10ms整个充电过程需要35倍的RC时间常数时间四 程序设计1 设计思路根据数字存储示波器的基本工作原理编写试

10、验程序，实现触发点的捕捉、被测信号的采集和数据的存储以及信号波形的再现功能。2 程序流程图开始采集并存储有触发吗？设定存储字节数完成吗？采集并存储设定初始地址设定存储字节数输出存储的数据地址+1NYNY1)流图说明“开始”部分是初始化内容，设定采集数据的存储首地址，“采集并存储”部分包括启动A/D转换、执行延时程序等待转换结束、取回转换结果并存储到C000H开始的RAM中和存储器地址加1，为下次存储做准备等程序。“有触发吗？”部分为触发点判断程序。本设计采用单次触发方式即当按下此功能键，在满足触发条件后，便进行一次采集存储，然后连续显示此波形。“设定存储字节数”程序将触发后的采样点数设定在12

11、8个字节。“设定初始地址”部分将数据指针（例如：DPTR）重新设定在C000H。2）试验程序清单源程序地址码机器码ORG 0100Main：MOV R3,#0C0H01007BC0MOV R2,#00H 01027A00MOV R0,#0FFH；采集256个数010478FFLOOP1：CJNE A,#20H,NEXT1；判断上升沿0106B42007NSTART：LCALL AD；存储触发前的数据0109120200DJNZ R0,LOOP1；判断是否存满256个数010CD8F8SJMP Main；256个数据单元刷新010E80F0NEXT1：JNC START；判断上升沿0110500

12、2SJMP NSTART011280F5START：MOV R1,#80H；存储128个数据01147980LOOP2：LCALL AD；触发后开始存储0116120200DJNZ R1,LOOP2；判断是否存满0119D9F4LCALL DA；存满后输出，在示波器显示011B120300ORG 0200AD：MOV DPTR,#0F006H；in6的地址0200F006MOVX DPTR,A0203F0LACLL Delay_2000204120400MOVX A,DPTR0207E0MOV DPH,R302088B83MOV DPL,R2020A8A82源程序地址码机器码MOVX DPTR

13、,A；将数据存入C000H开始的地址内020CF0INC R2；改变地址020D0ARET020E22ORG 0300DA：MOV R3,#0C0H03007BC0MOV R2,#00H03027A00LOOP3：MOV DPH,R303048B83MOV DPL,R2；从C000H地址取数转换输出03068A82MOVX A,DPTR0308E0MOV DPTR,#0F800H030990F800MOVX DPTR,A030CF0INC R2；改变地址030D0ASJMP LOOP3；循环输出，显示充电波形030E80F4ORG 0400Delay_200：MOV R4,#3204007C3

14、2DJNZ R4,$；延时200s0402DCFE五 调试说明硬件调试：存储示波器的硬件电路调试分为A/D和D/A两个部分，参见附录电路原理图。A/D转换器部分只要调节RP4使基准电压VREF2为最大值（VCC）即可。D/A转换器部分，首先调节RP2和SW1-3，使基准电压VREF1为-5.00V。然后向D/A转换器写入00H，调节RP3，使VO1输出电压为0V；再向D/A转换器写入FFH，调节RP1，使VO1输出电压为5.00V。软件调试：（1）A/D转换部分调试。无条件循环执行数据采集和存储程序，分别在S1按下和抬起状态终止程序的执行（按MON键），观察存储器中采集到的数据是否全部为00H

15、或FFH。如果是，则说明A/D转换和数据存储程序工作正常，否则说明A/D转换和数据存储程序没有正常工作。（2）D/A转换部分调试。将存储器中输入一些有规律的数据，例如多个FFH和OOH，循环执行D/A转换程序，看示波器中是否有对应的高、低电压波形出现。如果有，则说明D/A转换程序工作正常，否则说明D/A转换程序没有正常工作。（3）触发点捕捉部分调试。连续执行全部程序，在不断的按下和抬起S1时，按下MON键，根据当前的PC值，确定程序终止在哪个部分的循环程序中，判断相关指令的使用是否正确。六 结论及总结（1）课程设计结果通过和同组同学的认真学习与研究、老师的耐心指导，简易数字存储示波器的硬件电路

16、调试无误，输出标准电压值；程序几经修改之后成功实现了数字存储示波器功能，在示波器上显示了较为完整的电容充电波形。（2）心得体会为期一周的微机接口课程设计马上就要结束了，现在我来总结一下这周所学的内容以及我的心得体会。本次课程设计是利用我们平时所学的单片机汇编知识编写一个程序，其实这次课程设计并不要求你把书上各种指令及其工能掌握的很好并且能熟练的运用汇编语言编程，而恰恰是利用这次课程设计的机会来提高这方面的能力。这就是一个心态问题，看你有没有摆正心态，看你有没有面对挫折的勇气，如果一开始就没摆正心态，思维就会堵塞，后面就更无法做下去了。这次课程设计让我更加懂得以后在面临困难与挫折的时候要有平和的

17、心态，要有冷静的头脑，坦然的面对，这样才能解决问题。本次汇编语言课程设计加深了我对单片机汇编语言和对微机接口的理解和运用，一些以前不太理解的指令及其用法现在都很好的掌握了，此外还学到了一些新的知识，这些在课堂上老师并没有详细讲解。本次汇编语言课程设计，也让我更加明白实践的重要性，如果整天的学习课本上的理论知识而不拿来用会减少对这门课的兴趣。再者，学习理论知识的目的还是要拿来运用，通过实践来巩固所学的理论知识。当程序运行正确的时候，那种来自内心的成就感，让我更加有信心学好汇编语言了。通过本次课程设计让我更深刻的明白学习要不懂就问，遇到不懂得问题要敢于提问。如果遇到问题了还坐那里发呆，那肯定完成不了任务。还有遇到问题多和同学探讨，所谓“独学而无友，则孤陋而寡闻”就是这个道理，或许就在和同学的讨论过程中，点开了你的思路，问题就迎刃而解了。总之，这次课程设计让我受益匪浅，