哈工大智能仪器课程设计_简易数字示波器设计课件

1、LOGO智能仪器课程设计 简易数字示波器设计概述v 基于模拟示波器的数字存储示波器（Digital Storage Oscilloscope，DSO）v 被测模拟信号经AD采集后存入RAM，再经DA转换后送入模拟示波器概述数字存储示波器相对模拟示波器的优点v智能化：开机初始化、自动选择最优配置v丰富的触发类型（连续扫描与触发扫描）v丰富、先进的数据处理与波形显示功能v设计要求与技术指标设计要求与技术指标连续触发与单次触发双踪示波垂直、水平分辨率带宽要求量程自动调节设计要求与技术指标设计要求与技术指标（一）（一）v连续触发与单次触发v连续触发：普通的触发扫描工作模式，满足触发条件时连续存储显示v

2、单次触发：满足触发条件时进行一次存储与显示v通过对CPLD编写逻辑实现设计要求与技术指标设计要求与技术指标（二）（二）v双踪示波双踪示波实现示意图v 模拟开关S1控制两路输入信号的高速切换，对两通道信号轮流实时采样，并将两路波形数据分别存储在示波器的奇、偶地址位并分别送CH1、CH2显示通道输出，输出由高速模拟开关S2控制v 每个通道实际看到的都是断续波形ADRAMDAS1S2设计要求与技术指标设计要求与技术指标（三）（三）v设计要求与技术指标设计要求与技术指标（四）（四）v设计要求与技术指标设计要求与技术指标（五）（五）v水平分辨率：20点/divvDSO水平方向每格扫描20个点设计要求与技

3、术指标设计要求与技术指标（六）（六）v 量程自动调节 实现方法：软硬结合设计要求与技术指标设计要求与技术指标（六）（六）LOGO多处理器方案多处理器方案多处理器方案多处理器方案v三个位处理器+两个模拟通道v采集处理器：将来自双通道AD数据按触发时间修正后存入波形存储器v波形翻译器：从波形存储器中取出按时间采集的数据，并写入显示器v主处理器：协调控制各模块的功能v特点：多处理器各负其责、协同工作，示波器性能较高；专用示波器设计方案方案二方案二 以单片机和可编程逻辑器件为核心，设计任务分解为信号调理、触发信号产生、采集存储、数据融合处理等各模块方案三方案三AT89S52单片机键盘显示前级信号调理电

4、路输入数据采集电路CPLD存储器行扫描电路列扫描电路X 模 拟 示 波Y 器方案三方案三v按各电路功能分类v设计规范、合理v容易实现v综合考虑设计需求与实现难度，决定采用方案三单元电路单元电路设计设计（一）（一）v前级信号调理电路通道选择模拟开关放大、衰减反向比例电路电平转换单元电路设计单元电路设计（一）（一） 前级信号调理电路前级信号调理电路v输入 两路待测模拟信号 输出 调理后送至AD转换器的数字信号v选择双踪示波或单路示波功能IC3 74F157（用单片机P1.3口实现切换）v信号放大，使输入AD的信号处于AD正确输入范围之内IC6，CD4051 选择不同的反馈电阻vIC7，LM356完

5、成电平转换功能。因前级为反相比例电路，且后级AD的参考电压Vref=2.5V，故Uo=2.5-UivIC1、IC2起隔离作用单元电路单元电路设计设计（二）（二）v单元电路设计单元电路设计（三）（三） 存储与数据处理电路存储与数据处理电路v存储器RAM选型： 1、存储容量/存储深度H：应大于一次扫描中的点数，即20点/div*10div=200点。存储器容量应大于200KB2、RAM类型选择：使用双端口RAM（Dual Port RAM，DPRAM）作为存储器。DPRAM有两组相互独立的数据、地址、控制线，可同时对RAM内的存储单元进行读写操作而互不影响。使用DPRAM可较好地解决数据的高速存取

6、问题。v根据以上分析，选双端口静态存储器IDT7132，存储容量2KB，访问速度高达35ns单元电路设计单元电路设计（三）（三） 存储与数据处理电路存储与数据处理电路v 电路图见“存储电路”pdfv IDT7132的右侧数据口I/OR7I/OR0输入来自AD转换后的信号，左侧数据口I/OL7I/OL0将电压信号输出至列扫描电路的DA转换器。DPRAM的两组地址线AR0AR8 、AL0AL7由可编程逻辑器件CPLD控制。v 输入电路：当sel=0（由P1.2控制），四路二选一MUX将ARa0 ARa8与DPRAM右侧地址线AR0AR8相连，CPLD输出有效地址给DPRAM，ADC数据存入DPRA

7、M中；当sel=1，MUX选ARb0 ARb8，DPRAM右侧地址线高阻，处于数据处理或锁存状态。v HADR0HADR7：累加器，它的输出作为行扫描电路的输入单元电路单元电路设计（四）设计（四）v行扫描电路阶梯波电压叠加单元电路设计单元电路设计（四）（四） 行扫描电路行扫描电路v输入：CPLD累加器输出的数字阶梯波信号v输出：至模拟示波器水平扫描的模拟阶梯波信号v核心是高速DAC AD7533。后级为电平叠加电路，调节Rp可对锯齿波叠加不同直流电压，实现波形的左右平移单元电路单元电路设计（五）设计（五）v列扫描电路CH1电压叠加CH2电压叠加被测信号单元电路设计单元电路设计（五）（五） 列列扫描电路扫描电路v输入：DPRAM左侧数据通道输出的采样数据v输出：模拟示波器Y通道的列扫描模拟信号v核心是高速DA转换器 DAC0800v可在程序控制下选择CH1或CH2输出v后级为电平叠加电路。分别调节RP3、RP4实现CH1、CH2输出波形的上下平移软件设计软件设计v主要是单片机与CPLDv单片机：1）监控示波器的整个运行过程 2）一些简单的功能与设置：通道切换、单双踪通道选择、自动量程转换、水平垂直偏移、放大衰减倍率vCPLD：复杂的控制功能的实现触