基于51單片機(jī) 簡(jiǎn)易存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)

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1、基于基于5151單片機(jī)單片機(jī)簡(jiǎn)易存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì) DailywindyDailywindy2010 072010 07畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提要畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提要 緒論緒論 總體方案論證總體方案論證 電路設(shè)計(jì)（硬件電路設(shè)計(jì)）電路設(shè)計(jì)（硬件電路設(shè)計(jì)） 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 調(diào)試與分析調(diào)試與分析 結(jié)束語結(jié)束語 致致 謝謝緒論緒論 隨著科技高速發(fā)展，模擬示波器的功能不能滿足人們的要求，數(shù)字存儲(chǔ)示波器以其可以存儲(chǔ)波形，穩(wěn)定的輸出，方便觀察波形，操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)代替了模擬示波器。 本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器，以80C51為核心，由信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、波形顯示，控制面板等功能模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)分成A/

2、D轉(zhuǎn)換部分、D/A轉(zhuǎn)換部分、波形存儲(chǔ)部分、鍵盤輸入控制四大部分組成。 此存儲(chǔ)示波器即具有一般示波器實(shí)時(shí)采樣實(shí)時(shí)顯示的功能，又可以對(duì)某段波形進(jìn)行即時(shí)存儲(chǔ)和連續(xù)回放顯示。輸出波形可以在示波器輸出顯示。具體設(shè)計(jì)原理以及過程在下面章節(jié)中詳細(xì)說明?？傮w方案論證總體方案論證 這次設(shè)計(jì)可以采用多種方案，下面給出兩種常用的方案，并且選擇出適合任務(wù)要求的方案：方案一方案一:FPGA/CPLD:FPGA/CPLD或帶有或帶有IPIP核的核的FPGA/CPLDFPGA/CPLD方式。方式。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)方式。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)方式。方案一：方案一：FPGA/CPLDFPGA/CPLD或帶有或帶有IPIP核的核的FPGA

3、/CPLDFPGA/CPLD方式方式 即用FPGA/CPLD完成采集，存儲(chǔ)，顯示及A/D，D/A等功能，由IP核實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及信號(hào)測(cè)量分析等功能。其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜測(cè)量與控制，操作方便；缺點(diǎn)是此方案由純硬件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，調(diào)試過程繁瑣。方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)方式方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)方式 即使用單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器以及存儲(chǔ)器等組成系統(tǒng)。對(duì)輸入信號(hào)用外接觸發(fā)電路產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過單片機(jī)將數(shù)據(jù)鎖存至外部RAM，然后由單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)送至D/A輸出。它的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)規(guī)模小，有一定的靈活性，但是不適宜于觀察高速信號(hào)或者復(fù)雜信號(hào)。單片機(jī)方

4、式原理框圖單片機(jī)方式原理框圖電路設(shè)計(jì)（硬件電路設(shè)計(jì)）電路設(shè)計(jì)（硬件電路設(shè)計(jì)） 硬件電路存儲(chǔ)控制芯片的設(shè)計(jì)硬件電路存儲(chǔ)控制芯片的設(shè)計(jì) 外圍電路外圍電路A/DA/D模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì) 外圍電路外圍電路D/AD/A模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì) 外圍電路鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì)外圍電路鍵盤輸入模塊設(shè)計(jì) 硬件電路存儲(chǔ)控制芯片的設(shè)計(jì)硬件電路存儲(chǔ)控制芯片的設(shè)計(jì) 存儲(chǔ)器的位寬根據(jù) A/D轉(zhuǎn)換器的位寬來選取，對(duì)于該課題選用8位的RAM。而控制芯片是選用單片機(jī)里的80C51來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。80C5180C51單片機(jī)主要組成單片機(jī)主要組成 80C5180C51的引腳的引腳 80C5180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 80C5180

5、C51單片機(jī)主要組成單片機(jī)主要組成 (1) CPU系統(tǒng)：8位CPU，含布爾處理器、時(shí)鐘電路以及總線控制邏輯。(2) 存儲(chǔ)器系統(tǒng)：4K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器（ROMEPROMFLASH，可外擴(kuò)至64K）、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM，可再外擴(kuò)64K）以及特殊功能寄存器SFR。(3) I/O口和其它功能單元：4個(gè)并行I/O口；2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器、1個(gè)全雙工異步串行口以及中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)）。 80C5180C51的引腳的引腳 本課題使用的是P89V51RB2FN芯片，其總線引腳圖為： 80C5180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 80C51單片機(jī)由微處理器（含運(yùn)算器和控制器）、存儲(chǔ)器、I/

6、O接口以及特殊功能寄存器SFR等構(gòu)成。80C51的微處理器 80C51的片內(nèi)存儲(chǔ)器 80C51的I/O口及功能單元 80C51的特殊功能寄存器(SFR) 80C5180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)- -微處理器微處理器 80C51單片機(jī)的微處理器是一個(gè)8位的高性能中央處理器（CPU）它主要由運(yùn)算器和控制器兩部分構(gòu)成。它的作用是讀入并分析每條指令，根據(jù)各指令的功能控制單片機(jī)的各功能部件執(zhí)行指定的運(yùn)算或操作。80C5180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)- -片內(nèi)存儲(chǔ)器片內(nèi)存儲(chǔ)器 80C51單片機(jī)的片內(nèi)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)成程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩個(gè)獨(dú)立的空間?；拘蛦纹瑱C(jī)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器容量為4KB，地址范圍是00

7、00H0FFFH。 基本型單片機(jī)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均為128字節(jié)，地址范圍是00H7FH，存放運(yùn)算的中間結(jié)果，暫存數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)緩沖。這128字節(jié)的低32個(gè)單元用作工作寄存器，32個(gè)單元分成4組，每組8個(gè)單元。在20H2FH共16個(gè)單元是位尋址區(qū)，位地址的范圍是00H7FH,然后是80個(gè)單元的通用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 增強(qiáng)型片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為256字節(jié)，地址范圍是00HFFH,低128字節(jié)的配置情況與基本型單片機(jī)相同。高128字節(jié)為一般RAM，僅能采用寄存器見解尋址方式訪問（而與該地址范圍重疊的SFR空間采用直接尋址方式訪問）。 80C5180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)-I/O-I/O口及功能單元口及功能單元

8、80C51有4個(gè)8位的并行口，即P0P3它們均為雙向口，每個(gè)口各有8條I/O線；一個(gè)全雙工的串行口（利用P3的兩個(gè)引腳，P3.0和P3.1）；2個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器（增強(qiáng)型單片機(jī)有3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器）以及一套完善的中斷系統(tǒng)。80C5180C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)- -特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)(SFR) 80C51單片機(jī)內(nèi)部有SP，DPTP，PCON，IE，IP等21個(gè)特殊功能積儲(chǔ)器單元，它們同內(nèi)部RAM的128個(gè)字節(jié)同意編址，地址范圍是80HFFH這些SFR中用到了80HFFH中21個(gè)字節(jié)單元，且這些單元是離散分布的。增強(qiáng)性單片機(jī)的SFR有26個(gè)字節(jié)單元，所增加的5個(gè)單元均與定時(shí)計(jì)

9、數(shù)器有關(guān)。外圍電路外圍電路A/DA/D模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換器的原理 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) A/D轉(zhuǎn)換芯片的選取 ADC0809芯片 A/DA/D模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的原理轉(zhuǎn)換器的原理 將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。 按其轉(zhuǎn)換原理課分為：逐次逼近（比較）式、雙重積分式、量化反饋式和并行式。 A/DA/D模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1 1 (1) 分辨率 分辨率：數(shù)字量變化的一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量,定義為滿刻度與的比值。分辨率又稱精度,通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。 量化間隔用下式表示：其中n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。ADC

10、通過把采樣電壓和許多參考電壓進(jìn)行比較來確定采樣電壓的幅度。構(gòu)成ADC所用的比較器越多，其電阻鏈越長(zhǎng)，ADC可以識(shí)別的電壓層次也越多。這個(gè)特性稱為垂直分辨率，垂直分辨率越高，則示波器上的波形中可以看到的信號(hào)細(xì)節(jié)越小。A/DA/D模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)2 2(2) 水平分辨率 在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，水平系統(tǒng)的作用是確保對(duì)輸入信號(hào)采集足夠數(shù)量的采樣值，并且每個(gè)采樣值取自正確的時(shí)刻，數(shù)字存儲(chǔ)示波器的水平分辨率與存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)深度也即是容量，掃描速度和采樣率有關(guān)。 存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ) A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器的容量決定了可以存儲(chǔ)的取樣點(diǎn)的數(shù)目。一般認(rèn)為，存儲(chǔ)容量越大越好，

11、但是由于存儲(chǔ)容量是隨著成本而增加的，因此需要在兩者中作權(quán)衡。 通常數(shù)字示波器技術(shù)指標(biāo)是在最大掃描速率下給出的。在給定掃描速度時(shí)，隨著存儲(chǔ)容量的增加，采樣率也增加，采樣率越高，則信號(hào)重建的精度也越高；當(dāng)給定采樣速率的時(shí)候，示波器記錄時(shí)間的時(shí)間長(zhǎng)度也將呈線性遞增，時(shí)間長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)時(shí)間的觀察也就也完整和精細(xì)。A/DA/D模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)3 3(3) 轉(zhuǎn)換速率 轉(zhuǎn)換速率是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速A/D,逐次比較型A/D是微秒級(jí)屬中速A/D,全并行/串并行型A/D可達(dá)到納秒級(jí)。A/DA/D模塊模塊-

12、 -轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)4 4(4) 實(shí)時(shí)采樣 實(shí)時(shí)采樣是在信號(hào)存在期間對(duì)其采樣采樣率必須滿足采樣定理。對(duì)于正弦信號(hào)而言，每個(gè)周期內(nèi)應(yīng)該超過二個(gè)采樣點(diǎn)才能給出足夠的信號(hào)細(xì)節(jié)，同時(shí)也要考慮實(shí)際因素的影響，按照所采用的信號(hào)的恢復(fù)方式選取相應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)。實(shí)時(shí)采樣中，A/D 轉(zhuǎn)換器必須以高于最高采樣率才能正確地工作，因此 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率決定最高采樣率。 A/DA/D模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)5 5(5) 等效時(shí)間取樣 要實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率必須要高，但采樣速率高的 A/D 器件價(jià)格較高，對(duì)于周期信號(hào)可采用等效時(shí)間采樣方

13、法來實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣。 等效時(shí)間采樣分為：順序采樣和隨機(jī)重復(fù)采樣。順序采樣就是對(duì)每一個(gè)信號(hào)周期僅采樣一個(gè)點(diǎn)，用步進(jìn)延遲的方法在每一個(gè)周期信號(hào)中采樣信號(hào)波形的不同點(diǎn)，從而獲取整個(gè)波形的采樣數(shù)據(jù)。步進(jìn)延遲法：每一次采樣比上一次采樣點(diǎn)的位置延遲某個(gè)時(shí)間，一般以觸發(fā)信號(hào)作為基準(zhǔn)，每觸發(fā)一次，往后延遲一定的時(shí)間。只要精確控制從觸發(fā)獲得采樣的時(shí)間延遲，就能夠準(zhǔn)確的恢復(fù)出原始信號(hào)。對(duì)于高頻信號(hào)可以借助分頻的方法恢復(fù)出原始信號(hào)。順序采樣缺點(diǎn)：所有采樣是在觸發(fā)信號(hào)之后，因此不能夠提供觸發(fā)前的信息。采用隨機(jī)重復(fù)采樣就可以提供觸發(fā)前的信息，它既可在觸發(fā)信號(hào)之前采樣，也可在觸發(fā)信號(hào)之后采樣。采樣率與 A/D 轉(zhuǎn)

14、換器的轉(zhuǎn)換速率無關(guān)，與取樣點(diǎn)有關(guān)。A/DA/D模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)5 5 處理過的模擬信號(hào)需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化編碼。通常為了防止轉(zhuǎn)換期間信號(hào)電壓發(fā)生變化，在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換之前要加上采樣保持電路。對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器參數(shù)的選取葉需要考慮多方面的因素，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率取決于待測(cè)信號(hào)的頻率范圍，或者簡(jiǎn)易示波器對(duì)掃描速度的要求。而 A/D 轉(zhuǎn)換器的編碼位數(shù)與垂直分辨率相關(guān)。根據(jù)兩個(gè)條件選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器芯片。 A/DA/D模塊模塊- -轉(zhuǎn)換芯片的選取轉(zhuǎn)換芯片的選取 A/D轉(zhuǎn)換器的選取涉及到以下幾個(gè)參數(shù)，A/D轉(zhuǎn)換器的位寬，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率。根

15、據(jù)要求，應(yīng)該根據(jù)垂直分辨率來選取位寬，根據(jù)掃描速度選采樣速率。 垂直分辨率為32級(jí)/div，垂直刻度為 8div，那么，要求信號(hào)的量化級(jí)數(shù): N =328= 256 (式3.5) 因此可以采用8位的A/D，垂直分辨率為8位，用百分?jǐn)?shù)表示為1/2564%。在本次設(shè)計(jì)中，在進(jìn)行模擬信號(hào)的采樣以及數(shù)字量化時(shí)，選用的是ADC0809 A/DA/D模塊模塊-ADC0809-ADC0809芯片芯片1 1 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809主要性能為：(1) 分辨率為8位。(2) 精度：

16、ADC0809小于1LSB。(3) 單+5V供電，模擬輸入電壓范圍為0+5V。(4) 具有鎖存控制的8路輸入模擬開關(guān)。(5) 可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL電平兼容。(6) 功耗為15mW。(7) 不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整。 轉(zhuǎn)換速度取決與芯片外接的時(shí)鐘頻率。時(shí)鐘頻率范圍：101280kHz。 A/DA/D模塊模塊-ADC0809-ADC0809芯片芯片2 2ADC0809主要由四部分組成： 一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE

17、端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。A/DA/D模塊模塊-ADC0809-ADC0809芯片芯片3 3ADC0809的外圍電路連接圖 ： ADC0809的數(shù)據(jù)線、地址線、讀/寫信號(hào)與單片機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)板連接，其片選信號(hào)來自實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)板的地址譯碼器，有效地址范圍為F000-F3FFH(PS4)。 RV2為ADC0809的IN-0輸入電壓調(diào)節(jié)器。外圍電路外圍電路D/AD/A模塊設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì) D/A轉(zhuǎn)換的原理 D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo) D/A轉(zhuǎn)換器的典型輸出連接方式 D/A轉(zhuǎn)換器的選取 DAC0832芯片 D/AD/A模塊模塊- -轉(zhuǎn)換的原理轉(zhuǎn)換的原理 D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能，是將數(shù)字

18、量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬量輸出。 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）是一種把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的器件。數(shù)字量是二進(jìn)制代碼的位組合，每一位數(shù)字代碼都有一定的“權(quán)”，并對(duì)應(yīng)一定大小的模擬量。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，應(yīng)將數(shù)字量的每一位都轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的模擬量，然后對(duì)其求和即可以得到與該數(shù)字量成正比的模擬量。 D/A轉(zhuǎn)換器的具體電路有多種形式，其中解碼網(wǎng)絡(luò)是普通采用的形式，解碼網(wǎng)絡(luò)的主要形式有2種，二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和T型電阻網(wǎng)絡(luò)。D/AD/A模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1 1(1) 分辨率： 分辨率是D/A轉(zhuǎn)換器的對(duì)輸入量變化敏感程度的描述，指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)

19、應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。 對(duì)于線性D/A轉(zhuǎn)換器來說，其分辨率與輸入數(shù)字量輸出的位數(shù)呈現(xiàn)下列關(guān)系： (式3.6) 分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS/2。FS即為滿量程輸入值，n位二進(jìn)制位數(shù)，對(duì)于5V的滿量程，采用8位的DAC時(shí)，分辨率為5V/2=19.5mV；當(dāng)采用12位的DAC時(shí)，分辨率則為5V/2=1.22mV。顯然，位數(shù)越多，分辨率就越高。D/AD/A模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)2 2(2) 線性度： 線性度（也稱非線性誤差）是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示

20、。如%是指實(shí)際輸出值與理論值之差在滿刻度的%以內(nèi)。(3) 絕對(duì)精度和相對(duì)精度： 絕對(duì)精度（簡(jiǎn)稱精度）是指在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)所對(duì)應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對(duì)精度是由DAC的增益誤差（當(dāng)輸入數(shù)碼為全1時(shí)，實(shí)際輸出值與理想輸出值之差）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對(duì)精度（即最大誤差）應(yīng)小于1個(gè)LSB。 相對(duì)精度與絕對(duì)精度表示同一含義，用最大誤差相對(duì)于滿刻度的百分比表示。D/AD/A模塊模塊- -轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)3 3(4) 建立時(shí)間： 建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個(gè)重要參數(shù)。一般是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時(shí)，輸出模擬信號(hào)達(dá)到滿刻度值的

21、/2LSB所需的時(shí)間。 電流輸出型DAC的建立時(shí)間短。電壓輸出型DAC的建立時(shí)間主要決定于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)建立時(shí)間的長(zhǎng)短，可以將DAC分成超高速（S2S64，如同時(shí)按下S2 和S18 時(shí)采樣到S2。(c) 連擊鍵處理 某個(gè)按鍵按下時(shí)，輸出一次鍵值后，如果該按鍵還未釋放，該鍵值連續(xù)有效）。(d) 功能鍵處理 功能鍵能實(shí)現(xiàn)2 個(gè)以上按鍵同時(shí)按下來擴(kuò)展按鍵數(shù)目或?qū)崿F(xiàn)特殊功能。如PC 機(jī)上的“Shift”、“ Ctrl”、“Alt” 鍵典型應(yīng)用圖中的S57S64 為功能鍵。鍵盤輸入模塊鍵盤輸入模塊-ZLG7090-ZLG7090芯片芯片2 2(2) 顯示部分 在每個(gè)顯示刷新周期，ZLG729

22、0按照掃描位數(shù)寄存器指定的顯示位數(shù)N，把顯示緩存DpRam0-DpRamN 的內(nèi)容按先后循序送入LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示，減少N值可提高每位顯示掃描時(shí)間的占空比，以提高LED亮度，顯示緩存中的內(nèi)容不受影響。修改閃爍控制寄存器可改變閃爍頻率和占空比（亮和滅的時(shí)間）。 ZLG7290 提供兩種控制方式：寄存器映象控制和命令解釋控制，如上述對(duì)顯示部分的控制，寄存器映象控制是指直接訪問底層寄存器，實(shí)現(xiàn)基本控制功能，這些寄存器須字節(jié)操作。 命令解釋控制是指通過解釋命令緩沖區(qū)中的指令，間接訪問底層寄存器實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展控制功能，如實(shí)現(xiàn)寄存器的位操作；對(duì)顯示緩存循環(huán)，移位；對(duì)操作數(shù)譯碼等操作 。鍵盤輸入模塊鍵盤輸入

23、模塊-ZLG7090-ZLG7090芯片芯片3 3（1）ZLG7290 引腳圖 ：（2） ZLG7290的外圍連接圖軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 程序流程圖程序流程圖 系統(tǒng)顯示調(diào)用流程圖系統(tǒng)顯示調(diào)用流程圖設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 根據(jù)數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本工作原理編寫試驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)觸發(fā)點(diǎn)的捕捉、被測(cè)信號(hào)的采集和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及信號(hào)波形的再現(xiàn)功能。 程序流程圖程序流程圖系統(tǒng)流程圖說明：系統(tǒng)流程圖說明： 首先，首先，“開始開始”部分部分是將程序內(nèi)容進(jìn)行初始化，是將程序內(nèi)容進(jìn)行初始化，設(shè)定需要采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)首地址。設(shè)定需要采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)首地址。 “ “采集存儲(chǔ)采集存儲(chǔ)”部分部分啟動(dòng)對(duì)輸入信號(hào)的啟動(dòng)對(duì)輸入信

24、號(hào)的A/DA/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、執(zhí)行延時(shí)程序等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、執(zhí)行延時(shí)程序等待轉(zhuǎn)換結(jié)束、取回轉(zhuǎn)換結(jié)果并存儲(chǔ)和存儲(chǔ)器地址加取回轉(zhuǎn)換結(jié)果并存儲(chǔ)和存儲(chǔ)器地址加1 1，為下次存儲(chǔ)做準(zhǔn)備等程序。為下次存儲(chǔ)做準(zhǔn)備等程序。 其次，判斷是否有觸發(fā)。其次，判斷是否有觸發(fā)。該課題設(shè)計(jì)采用單次觸發(fā)方式，該課題設(shè)計(jì)采用單次觸發(fā)方式，即可以按下設(shè)定的功能鍵，即可以按下設(shè)定的功能鍵，在滿足觸發(fā)條件后，進(jìn)行一次采集存儲(chǔ)。在滿足觸發(fā)條件后，進(jìn)行一次采集存儲(chǔ)。 最后，通過設(shè)定初始地址，最后，通過設(shè)定初始地址，連續(xù)輸出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，顯示存儲(chǔ)的波形。連續(xù)輸出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，顯示存儲(chǔ)的波形。 系統(tǒng)顯示調(diào)用流程圖系統(tǒng)顯示調(diào)用流程圖系統(tǒng)顯示調(diào)用流程圖

25、：系統(tǒng)顯示調(diào)用流程圖： 當(dāng)鍵盤的顯示鍵被按下時(shí)，當(dāng)鍵盤的顯示鍵被按下時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行將已經(jīng)存儲(chǔ)的信號(hào)調(diào)用，系統(tǒng)執(zhí)行將已經(jīng)存儲(chǔ)的信號(hào)調(diào)用，將信號(hào)原始輸出。將信號(hào)原始輸出。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分成四個(gè)大塊，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分成四個(gè)大塊，分別是分別是A/DA/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、D/AD/A轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)控制以及鍵盤控制，存儲(chǔ)控制以及鍵盤控制，因此編程就主要是這四個(gè)部分。因此編程就主要是這四個(gè)部分。主程序的流程圖主程序的流程圖初始化包括堆棧指針、位標(biāo)志等。初始化包括堆棧指針、位標(biāo)志等。接著鍵盤的掃描，接著鍵盤的掃描，判斷是否有鍵按下，判斷是否有鍵按下，系統(tǒng)就執(zhí)行該按鍵所對(duì)應(yīng)的程序，系統(tǒng)就執(zhí)行該按鍵所對(duì)應(yīng)的程序，循環(huán)讀取數(shù)

26、據(jù)進(jìn)行循環(huán)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，在在D/AD/A轉(zhuǎn)換完成后就自動(dòng)跳回初始化之后繼續(xù)循環(huán)。轉(zhuǎn)換完成后就自動(dòng)跳回初始化之后繼續(xù)循環(huán)。調(diào)試與分析調(diào)試與分析 proteusproteus仿真調(diào)試仿真調(diào)試 結(jié)果分析結(jié)果分析 proteusproteus仿真調(diào)試仿真調(diào)試 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易存儲(chǔ)示波器的仿真電路調(diào)試主要可以分為A/D和D/A兩個(gè)部分。 proteusproteus仿真調(diào)試仿真調(diào)試-A/D-A/D仿真仿真1 1 A/D轉(zhuǎn)換器調(diào)試部分，我把其看作電壓采集電路，只要調(diào)節(jié)RV2使基準(zhǔn)電壓VREF2為最大值（VCC），或者調(diào)節(jié)RV2，觀察數(shù)碼管顯示的結(jié)果與電壓表的示值是否相同

27、，若示值與電壓表的值相等或者接近，則說明A/D轉(zhuǎn)換時(shí)成功的。proteusproteus仿真調(diào)試仿真調(diào)試-A/D-A/D仿真仿真2 2電路調(diào)試效果圖 ：proteusproteus仿真調(diào)試仿真調(diào)試-D/A-D/A仿真仿真1 1 D/A轉(zhuǎn)換器部分，我將其看作信號(hào)發(fā)生器，我在調(diào)試的過程中，讓其產(chǎn)生正弦波。具體是也可以將存儲(chǔ)器中輸入一些有規(guī)律的數(shù)據(jù)，例如多個(gè)FFH和OOH，循環(huán)執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換程序，看示波器中是否有對(duì)應(yīng)的高、低電壓波形出現(xiàn)。如果有，則說明D/A轉(zhuǎn)換程序工作正常，否則說明D/A轉(zhuǎn)換程序沒有正常工作。 proteusproteus仿真調(diào)試仿真調(diào)試-D/A-D/A仿真仿真2 2電路調(diào)試效果圖

28、 ：結(jié)果分析結(jié)果分析 本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器，以80C51為核心，由信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、波形顯示、控制面板等功能模塊組成。具體分成A/D轉(zhuǎn)換部分、D/A轉(zhuǎn)換部分、波形存儲(chǔ)部分、鍵盤控制四大部分組成。此存儲(chǔ)示波器具有一般示波器實(shí)時(shí)采樣實(shí)時(shí)顯示的功能，又可以對(duì)某段波形進(jìn)行存儲(chǔ)和連續(xù)回放顯示。輸出波形可以在示波器輸出顯示。在設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的過程中，我們把設(shè)計(jì)分成信號(hào)采樣、存儲(chǔ)、信號(hào)輸出等幾部分。 在設(shè)計(jì)采樣時(shí)，要定出采樣比較準(zhǔn)確的采樣頻率，之后通過查找資料總結(jié)了很多種采樣的方法，然后通過理論的計(jì)算，得出一個(gè)采樣頻率，使輸出得波形比較逼真。 在設(shè)計(jì)存儲(chǔ)時(shí)，單單只使用單片機(jī)得內(nèi)部存儲(chǔ)器，但它的存儲(chǔ)空

29、間只有128字節(jié)，不夠使用不能滿足設(shè)計(jì)的要求，所以就使用了6264片外的RAM存儲(chǔ)，片外RAM的地址空間為64KB。在設(shè)計(jì)信號(hào)輸出時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率不必嚴(yán)格等同于采樣時(shí)的速率，可以選用一個(gè)固定的速率，只要不使屏幕發(fā)生閃爍就行。同時(shí)要求 D/A 轉(zhuǎn)換器的位寬為 8，準(zhǔn)確度要求盡可能的高，建立時(shí)間要求盡可能的小。 雖然設(shè)計(jì)是基本完成了，但是其中仍然存在著一些毛病，其中將A/D、D/A轉(zhuǎn)換結(jié)合起來仿真，得不出效果，應(yīng)該是軟件編程有問題，有待進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。結(jié)束語結(jié)束語 隨著科技高速發(fā)展，模擬示波器的功能不能滿足人們的要求，數(shù)字存儲(chǔ)示波器以其可以存儲(chǔ)波形，穩(wěn)定的輸出，方便觀察波形，操作簡(jiǎn)單

30、等特點(diǎn)代替了模擬示波器。 按照對(duì)測(cè)量信號(hào)處理方式的不同，示波器可分為模擬式和數(shù)字式兩種類型，按照示波器能夠同時(shí)顯示的信號(hào)的數(shù)目分為單蹤（通道）和雙蹤（通道）兩種類型。模擬和數(shù)字示波器各有不同的特點(diǎn)，原理相同，數(shù)字示波器采用了數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，功能強(qiáng)大，下面主要介紹數(shù)字示波器的基本原理和相關(guān)知識(shí)。 數(shù)字示波器和模擬示波器都是用來顯示信號(hào)電壓波形的儀器。模擬示波器采用傳統(tǒng)的模擬電路技術(shù)，在陰極射線管（CRT）上顯示波形。而數(shù)字示波器是利用 A/D 轉(zhuǎn)換器把原來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)處理或存儲(chǔ)，然后進(jìn)行顯示，顯示方式可以是傳統(tǒng)的CRT，也可以是液晶，液晶有其特有的優(yōu)點(diǎn)，

31、因此在示波器中應(yīng)用得非常廣泛。數(shù)字示波器的波形是以數(shù)字方式存儲(chǔ)的。 本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)字存儲(chǔ)示波器，以80C51為核心，由信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、波形顯示、控制面板等功能模塊組成。整個(gè)系統(tǒng)分成A/D轉(zhuǎn)換部分、D/A轉(zhuǎn)換部分、波形存儲(chǔ)部分、鍵盤輸入控制四大部分組成。本系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、水平掃描速度輸出功能進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)。此存儲(chǔ)示波器即具有一般示波器實(shí)時(shí)采樣實(shí)時(shí)顯示的功能，又可以對(duì)某段波形進(jìn)行即時(shí)存儲(chǔ)和連續(xù)回放顯示。輸出波形可以在示波器輸出顯示。致謝 首先感謝我的導(dǎo)師張文青老師，本課題是在張老師的諄諄教導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，張老師傳授了許多的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和方法，給予了大量的富于啟發(fā)性與建設(shè)性的建議。張老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心、崇高的品格、淵博的知識(shí)以及豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都使我受益匪淺。在此，謹(jǐn)向張老師致以最誠(chéng)摯的謝意。 同時(shí)，感謝張文清老師在學(xué)習(xí)和生活中給予極大的幫助、指導(dǎo)與支持。感謝張文清老師和張飛老師在設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)。感謝宿舍同學(xué)在學(xué)習(xí)生活中的熱心幫助，以及其他所有兄弟姐妹，是他們令我置身于一個(gè)互相友愛、互相幫助的集體中。 感謝我的父母對(duì)我的養(yǎng)育之恩及所有家人無私的支持與鼓勵(lì)，是他們給了我強(qiáng)大的精神動(dòng)力與物質(zhì)后盾，使我能夠全力以赴地完成學(xué)業(yè)。 謹(jǐn)以此機(jī)會(huì)向所有給予我關(guān)心、支持和幫助的人們表示衷心的感謝，并向?qū)忛啽疚牡睦蠋煴硎菊\(chéng)摯的謝意。