综合电子设计指导书示波器

1、综合电子设计指导书课程设计题目：简易数字示波器制作1.1设计目的了解数字示波器的基本控制原理，主要利用C8051F020开发板实现一个简易数字示波器的设计与制作。通过设计需要理解数字示波器的基本控制原理，掌握处理器C8051F020芯片的应用，多通道ADC采集功能等应用技术。 应用外设掌握人机交互技术，设计友好的人机交互界面。1.2设计任务与要求1基本要求（1）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）仪器输入阻抗大于100k，用液晶显示，设液晶显示屏水平刻度为12div，垂直刻度为4div。

2、要求垂直分辨率为16级/div，水平分辨率为10点/div。（3）上述两个信号源公共要求设置0.2s/div、0.2ms/div、10us/div三档扫描速度，仪器频率范围为DC10kHz，误差8%。（4）设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度，误差8%。（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。2发挥部分（1）增加连续触发存储显示方式，在这种方式下，仪器能连续对信号进行采集、存储并实时显示，且具有锁存（按“锁存”键即可存储当前波形）功能。（2）增加双踪示波功能，能同时显示两路被测信号波形。（3）增加水平移动扩展显示功能，要求存储深度

3、增加一倍，并且能通过操作“移动”键显示被存储信号波形的任一部分。（4）垂直灵敏度增加0.01V/div档，以提高仪器的垂直灵敏度，并尽力减小输入短路时的输出噪声电压。1.3设计报告要求见附录二1.4设计思路一、设计原理（1）系统框图 图1.4.1 系统框图本系统主要包括中央控制模块、输入信号调理电路、A/D信号采集、数据存储、人机交互控制模块。具有性能可靠。系统组成如图1.4.1所示。(1)微处理器模块：实现信号处理与协调控制。(2) 输入信号调理电路：实现将输入信号进行整形，滤波处理。(3) A/D信号采集模块：实现对输入的模拟信号数字化处理。(4) 数据存储：实现数字化后的数据存储。(5)

4、人机交互控制模块：包括键盘和液晶显示。键盘显示用来完成系统参数设置以及动作方式指示等。 二、硬件电路设计1.主控制板说明模块结构框图和功能描述C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU 芯片，具有64个数字I/O 引脚；时钟电路使用20MHz石英晶体振荡器片外时钟振荡器；具有上电复位和手动按键复位功能；数据总线地址总线经总线驱动后引出到总线插槽与其他模块相连。模块的译码制电路由一片74HC138来完成。模块的结构如图1所示，主要资源如下：（1）MCU为美国Silabs公司C8051F020，64KB FLASH、(4096+256)B RAM、最高25MIPS执行速度；（2）4路1

5、2位AD输入，AIN1到AIN4输入信号量程0+2.4V ；（3）2路12位DA输出，输出信号量程0+2.4V；（4）1路标准RS232通讯接口；（5）1个16X2LCD接口；（6）1个128X64LCD接口；（7）1个复位键，4个按键；（8）JTAG调试接口；（9）外扩总线接口；（10）C8051F020上的资源对用户开放。图 1 模块结构框图模块主要元器件布局模块的元器件布局如图2所示：图2 模块的元器件布（1）JP1，JP2，JP3，JP4为总线接口； （2）P1，P2为电源插座，P2为5V系统电源，P1为9V系统电源； （3）POWER1为电源指示灯,上电即点亮；（4）J1为下载接口J

6、TAG；（5）S1为手动复位按扭。（6）L1，L2液晶接口；（7）K2，K3,K4,K5为四个按键；（8）P5为两路DA输出，P3,P4为两路AD输入；LCD接口128X64图形点阵LCD模块配置了20脚图形点阵LCD接口（驱动器型号：）接口插座的功能引脚定义详见如表2。表2图形点阵LCD接口引脚定义管脚符号有效电平作用1GND0V电源地2VCC+5V正电源3VEEOUT4RS低读选通5WR低写选通6EN低使能7-14D0-D7高/低数据线15CS1低片选信号16CS2低片选信号17/RESET低复位信号18Vadj负显示对比度1920LCD接口电气原理图见下图11。图11 LCD接口电气原理

7、图2.1.7 参考电压图12中VREF为C8051F020的电压基准输出（2.4V），VREF0为ADC0 的电压基准输入，VREF1为ADC1 的电压基准输入，VREFD为DAC 的电压基准输入。用短路块将J6的PIN5与PIN1、PIN3与PIN7、PIN1与PIN5短接时，C8051F020的内部基准电压就可以引到内部的ADC和DAC。图12 ADC、DAC通道参考基准电压接线三、软件设计开始系统初始化A/D数据采集完成？ 结束按键识别执行相应功能数据处理LCD液晶显示程序流程图 在程序的设计过程中，采取了模块化的方法，首先设计主控程序，然后设计各分模块。主要包括各中断模块、AD转换子程

8、序，LCD液晶显示子程序，EEPROM读写子程序，按键处理子程序等等组成。附录一 开发工具Keil使用指南一、 MDK的安装与配置1 MDK安装的最小系统要求为：操作系统：Win98 、WinNT4 、Win2000 、WinXP；硬盘空间：30M以上；内存：128MB以上。2 MDK的安装步骤如下：2.1 在桌面上双击安装文件，弹出如图1-1所示安装界面。建议在安装之前关闭所有的应用程序，单击Next，弹出如图1-2所示对话框。2.2 仔细阅读许可协议，选中I agree to all the terms of the preceding License Agreement 选项，单击Nex

9、t ，弹出如图1-3所示对话框。2.3 单击Browse选择安装路经，然后单击Next，弹出如图1-4所示对话框。2.4 输入First name、Last name、Company Name以及E-mail地址后，单击Next；安装程序将在计算机上安装MDK，之后会弹出如图1-5所示对话框，单击Finish安装结束。至此，开发人员就可以在计算机上使用MDK软件来开发应用程序了。二、 如何建立工程使用MDK作为嵌入式开发工具，器开发的流程与其他的开发工具一样，一般可以分为以下几步：1 新建一个工程，从设备库中选择目标芯片，配置编译器环境;2 用c/c+或汇编语言编写源文件。3 编译目标应用程序

10、；4 修改源程序中的错误；5 测试连接应用程序。1 选择工具集利用mVision 3创建应用程序，首先选择开发工具集。选择Project-Manage-Components,Environment and Books菜单项，弹出如图1-6所示对话框。在对话框中，可以选择所使用的工具集。2 创建工程并选择处理器在m Vision 3主界面中选择Project-New Project菜单项，打开一个标准对话框，输入希望新建的工程名字即可创建一个新的工程。创建一个新的工程时，m Vision 3要求设计者为工程选择一款对应处理器，如图1-7所示。该对话框中列出了m Vision 3所支持的处理器设备

11、数据库，也可以选择Project-Select Device菜单项进入此对话框。选择了某款处理器之后，m Vision 3将会自动为工程设置相应的工具选项，这使得工具的配置工程简化。图1-8以STM32为例。对于大部分处理器设备，m Vision 3会提示是否在目标工程里加入CPU的相关启动代码，如图1-9所示。启动代码是用来初始化目标设备的配置，完成运行时系统的初始化工作，对于嵌入式开发时必不可少的。单击“是”便可将启动代码加入工程，这使得系统的启动代码编写工作量大大减少。在设备数据库中为工程选择CPU后，Project Workspace的Books也内就可以看到相应设备的用户数据手册，以

12、供设计者参考，如图1-10所示。3 处理器启动代码通常情况下，ARM程序都需要初始化代码用来配置所对应的目标硬件。如前所述，当创建一个应用程序时，m Vision 3会提示使用者自动加入相应的启动代码。4 配置硬件选项m Vision 3可根据硬件的实际情况对工程进行配置。通过单击目标工具栏图或者选择菜单项Project-Options for Target，在弹出对话框的Target页可指定目标硬件和所选择设备片内组件的相关参数，例如外部晶振、片上ROM/RAM、是否使用操作系统等，如图1-11所示。5 创建源文件及文件组创建一个工程之后，就应开始写源程序。选择菜单项File-New可创建新

13、的源文件，m Vision 3 IDE将会打开一个空的编辑窗口用以输入源程序。在输入完源程序后，选择File-Save As菜单项保存源程序。当以“*.C”为扩展名保存源文件时，m Vision IDE将会根据语法以彩色高亮字体显示源程序。创建完文件后便可在工程里加入此源文件，m Vision 提供了多种方法加入源文件到工程中。右击Source Groun 1就会弹出如图所示快捷菜单，单击Add Files to Group打开一个标准文件对话框，将以创建好的文件加入到工程中。6 编译连接工程通常，在Project的Options for Target对话框中包含了创建一个新应用程序所需的所有

14、设置。接下来的工作室编译连接工作，单击工具栏中Build Target图标可编译连接工程文件。7 调试程序在编译连接完成后，就可以使用m Vision 3的调试器进行调试了。m Vision 3调试器提供了2种调试模式，可以在Options for Target 的Debug页内选择操作模式，8 建立HEX 文件应用程序在调试通过后，需要生产Intel HEX文件，用于下载到ROM编程器或仿真器中。9 下载HEX文件生成的HEX文件需要通过ROM编程器或仿真器下载到目标设备中，一完成嵌入式应用开发的最后一步。附录二 课程设计报告案例课 程 设 计 报 告课程名称 综合电子设计 题 目 指导教师

15、 设计起止日期 系 别 专 业 学生姓名 班级/学号 成 绩 _ _摘要本系统由CPLD，单片机控制模块，键盘，LED，幅度控制模块，低通滤波模块组成，采用当前主流DDS技术完成，能产生从1HZ-260KHZ正弦波，方波，三角波以及这三种同频率波的线性组合，失真度限制在6%之内。一、 功能介绍1. 具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的性能。2. 用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形。3. 输出波形频率范围为1Hz200kHz（非正弦波频率按10 次谐波计算；重复频率可调，频率步进间隔1Hz。4. 输出波形幅度范围05V（峰-峰值），可按步进为0.1V（峰-峰值）。5.

16、 具有显示输出波形种类、重复频率（周期）和幅度的功能。6. 增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3（负载变化范围：100）。二、 方案论证与比较常见信号源的制作方法有 方案一：采用锁相式频率合成。将一个高稳定度和高精确度的标准频率经过加减乘除的运算产生同样稳定度的大量离散频率技术，它在一定程度上既要频率稳定精确，又要频率在很大范围内可变的矛盾。但频率受VCO可变频率范围的影响，高低频率比不可能做的很高，而且只能产生方波和正弦波。 方案二：采用模拟奋力元件或单片压控函数发生器MAX0832，可产生正弦波，方波，三角波，通过调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由

17、于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，不能实现波形运算输出等智能化的功能。 方案三：采用DDFS，即直接数字频率合成技术，以Nyquist时域采样原理为基础，在时域中进行频率合成，它可以快速转换频率，频率，相位，幅度都可以实现程控，便于单片机控制，所以，本系统采用此方案。比较方案。三、 系统设计主要介绍总体设计方案，需要添加系统的方框图图1. 系统总体设计方框图四、 单元电路设计介绍各单元模块电路设计以及参数选择的原理，需要添加各单元的电路图。1. XXXXXX电路的设计2. XXXXXX电路的设计3. XXXXXX电路的设计五、 软件设计软件设计部分包括各部分电路的软件设计，包含流程图，状态图，时序图，程序代码放在附录部分。表1. 某某表单片机89C52一片可编程控制器 95108一片静态存储器 6264一片数模转换器0832两片双向三态数据收发器 8286两片三态地址锁存器