江西理工大学南昌校区
毕业设计（论文）题目：简易数字存储示波器
系部：信息工程系
专业：应用电子技术
班级：09应电
学生：
学号：
指导老师：游春元职称：
摘要
随着科技高速发展，模拟示波器的功能不能满足人们的要求，数字存储示波器以其可以存储波形，稳定的输出，方便观察波形，操作简单等特点代替了模拟示波器。本次设计的简易数字存储示波器，以80C51为核心，由信号采集、数据处理、波形显示、控制面板等功能模块组成。整个系统分成A/D转换部分、D/A转换部分、波形存储部分、键盘输入控制四大部分组成。基于题目要求，本系统对数据存储、水平扫描速度输出功能进行了重点设计。此存储示波器即具有一般示波器实时采样实时显示的功能，又可以对某段波形进行即时存储和连续回放显示。输出波形可以在示波器X轴上放大2倍或4倍输出显示。具体设计原理以及过程在下面章节中详细说明。
关键字：数字存储、单片机、AT80C51、D/A转换、A/D转换
Abstract
Wanting develops high speed along with the science and technology, simulates oscilloscope's function not to be able to satisfy people's request, the digital storage oscilloscope by its may save the profile, the stable output, facilitated the observation profile, characteristics and so on simplicity of operator replaces has simulated the oscilloscope. This design's simple digital storage oscilloscope, take 80C51 as a core, by signal gathering, the data processing, the profile demonstrated that functional modules and so on control panel compose. The overall system divides into a/D conversion fraction, the D/A conversion fraction, the profile memory part, the keyboard entry to control four major part compositions. Based on the topic request, this system to the data storage, the horizontal scanning speed output function has carried on the key design. This storage oscilloscope namely has the common oscilloscope real-time sampling real time display function, may also carry on the immediate memory to some section of profiles and playback the demonstration continuously. The output wave shape may enlarge 2 time or 4 time of output demonstrations on the oscilloscope X axis. Concrete principle of design as well as process under chapter detailed explanation.
key words: The digital storage, the monolithic integrated circuit, AT80C51, D/A transform, A/D to transform
目录
第一章绪论 (4)
1.1 简易数字存储示波器工作原理 (4)
1.2 数字存储部分介绍 (4)
1.3 模/数变换器和垂直分辨率 (7)
1.4 时基和水平的分辨率 (8)
第二章方案及器件选择 (10)
2.1 控制部分 (10)
2.2 存储模块 (10)
2.3 数据采集模块 (11)
2.4 器件选择 (13)
第三章软件设计 (16)
3.1 程序设计思路 (16)
3.2 程序流程及程序编制 (17)
3.3 程序介绍 (19)
第四章普通数字存储示波器控制机构及其存储功能 (21)
4.1 预触发和后触发 (21)
4.2 特殊的触发方式 (24)
4.3 波形存贮 (27)
第五章测试结果及总结 (29)
心得体会 (32)
致谢 (33)
参考文献 0
附录1 (2)
第一章绪论
1.1 简易数字存储示波器工作原理
大部分数字存储示波器采用DMA（直接数据存取 )方式控制采样、储存和显示数据，解决了单片机运行速度上限造成的数据带宽瓶颈，同时兼作锯齿波发生器的输入数据，简化了电路。本次设计采用单片机控制采样、存储和显示数据，采用二进制计数器产生数据存储地址。具有示波功能，可随时锁存当前波形。
每隔一段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，当采样频率足够高时，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按原顺序取出，经D/A转换和LPF滤波后送至示波器就可以观察到稳定的还原后的波形。1.2 数字存储部分介绍
何谓数字存储，从字意上不难看出，所谓数字存储就是在示波器中以数字编码的形式来贮存信号。
当信号进入数字存储示波器，或称DSO以后，在信号到达CRT 的偏转电路之前（图1.2.1），示波器将按一定的时间间隔对信号电压进行采样。然后用一个模/数变换器（ADC）对这些瞬时值或采样值进行变换从而生成代表每一个采样电压的二进制字。这个过程称为数字化。
获得的二进制数值贮存在存储器中。对输入信号进行采样的速度称为采样速率。采样速率由采样时钟控制。对于一般使用情况来说，采样速率的范围从每秒20兆次（20MS/s）到200兆次（200MS/s）。
图1-1 数字存储示波器的方框图
存储器中贮存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形。
所以，在DSO中的输入信号接头和示波器CRT之间的电路不只是仅有模拟电路。输入信号的波形在CRT上获得显示之前先要存贮到存储器中去我们在示波器屏幕上看到的波形总是由所采集到数据重建的波形，而不是输入连接端上所加信号的立即的、连接的波形显示。
数字存储分两步来实现。第一步，获取输入电压的采样值。这是通过采样及保持电路来完成的，见图1-2。
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图1-2 基本的采样保持电路
当开关S闭合时，输入放大器A1，通过开关S对保持电容进行充放电，而当开关S断开时保持电容上的电压就不再变化，缓冲放大器A2将此采样值送往模/数变换器（ADC），ADC则测量此采样电压值，并用数字的“字”的形式表示出来。
模/数字变换器围绕一组比较器而构成，见图1.2.3，每一个比较器都检查输入采样电压是高于或低于其参考电压。如果高于其参考电压则该比
图1-3 模数变换器基本电路
较器的输出为有效；反之则输出为无效。
各个比较器的参考电压彼此略有不同，这此参考电压都是用一个电阻链从一个基准电压源而得到的。对于某一采样电压值来说，若干个比较器输出为有效，而其余的比较器输出为无效，接着ADC中的编码变换器就把该采样电压值变为一个“数字”，并将其送往数字存储器或单片机内存单元。
这种类型的ADC称为闪其速式（flash)模/数字变换器。因为它能在“一闪”间把一个模拟输入电压变换为一个“数字”。除此之外，还可以使用其它类型的模/数变换器，。其模/数变换是由几步动作来完成的，但是其缺点是完成一个采样压的变换所需时间较长。
1.3 模/数变换器和垂直分辨率
ADC通过把采样电压和许多参考电压进行比较来确定采样电压的幅度。构成ADC所用的比较器越多，其电阻链越长，ADC可以识别的电压层次也赵多。这个特性称为垂直分辨率，垂直分辨率越高，则示波器上的波形中可以看到的信号细节越小（见图1.3.1）。
垂直分辨率用比特来表示，垂直分辨率就是构成输出的字的总比特数（即数字输出字的长度大小）。
这样ADC可以识别并进行编码的电压层次数可以用下式来计算：层次数=2比特数
多数示波器使用比特的模/数变换器，所以能够按28=256个不同的电压层次来表示信号电平，这样就能够提供足够的细节以便研究信号和进行测量，在这种垂直分辨率下，可以显示的最小分辨率大约和CRT屏幕上光点的直径大小相同，代表采样电压值的一个ADC输出字包含8个比特，并称为一个字节。
在现实当中，增加垂直分辨率的限制因素之一是成本问题，在
制造ADC时，输出字每多增加一个比特，就需要将所用的比较器数增加一倍并使用更大的编码变换器，这样一来就使得ADC电路在电路板上占据大一倍的芯片空间，并消耗多一倍的功率（这又将进一步影响周围电路）结果，增加垂直分辨率又带了价格的提高。
1.4 时基和水平的分辨率
在数字存储示波器中，水平系统的作用是确保对输入信号采集足够数量的采样值，并且每个采样值取自正确的时刻，和模拟示波器一样，水平偏转的速度取决于时基的设置（s/格）。
构成一个波形的组全部的采样叫做一个记录，用一个记录可以重建一个或多个屏幕的波形，一个示波器可以贮存的采样点数称为记录长度或采集长度，记录长度用字节或千字节来表示，1千字节（1KB）等于1024个采样点。
通常，示波器沿着水平轴显示512采样点，为了便于使用，这些采样点以每格50个采样点的水平分辨率来进行显示，这就是说水平轴的长为512/50=10.24格。
据此，两个采样之间的时间间隔可按下式计算：
采样间隔=时基设置（s/格）/采样点数
若时基设置为1ms/格，且每格有50个采样，则可以计算出采样间隔为：采样间隔=1ms/50=20us
采样速率是采样间隔的倒数：采样速率=1/采样间隔
通常示波器可以显示的采样点数是固定的，时基设置的改变是通过改变采样速率来实现的，因此一台特定的示波器所给出的采样速率只有在某一特定的时基设置之下才是有效的。在较低的时基设置之下，示波器使用的采样速率也比较低。
设有一台示波器，其最大采样速率为100MS/s那么示波器实际
使用这一采样的速率的时基设置值应为
时基设置值=50样点×采样间隔
=50/采样速率
=50/（100×106)
=500ns/格
了解这一时基设置值是非常重要的，因为这个值是示波器采集非重复性信号时的最快的时基设置，使用这个时基设置时示波器能给出其可能的最好的时间分辨率。
此时基设置值称为“最大单次扫描时基设置值”，在这个设置值之下示波器使用“最大实进采样速率”进行工作。
第二章方案及器件选择
2.1 控制部分
方案一:采用简单逻辑电路组合成控制系统。可以就系统的各个部分在系统工作时的状态画出时序图，转化为真值表进行逻辑运算，设计出逻辑电路来控制系统的运行。此方案由纯硬件实现，设计复杂，系统庞大，多级门电路的串联造成的时延对系统的稳定产生不利的影响，而且难以对数据进行复杂的处理。
方案二:以单片机控制系统为主，辅以少量的必要的逻辑电路。可以利用有限的控制线和数据/地址总线，简化系统的硬件设计，并充分发挥数量不多的数字逻辑器件的作用，由于数字器件的高速性，例如:采用高速触发器CC4043,可编程计数定时器CC4520以及一些必要的逻辑器件的速度都可达数上百赫兹，加上采用ADC0809，足以满足整个系统的采样储存速度，可以满足并超过采集速度的要求同时可以用软件实现系统的功能和对数据进行各种后期处理,改善人机界面。
方案三:纯单片机控制系统，这样系统规模小，有一定的灵活性。但是对实现的功能及对数据的后期处理有很大的制约。
综合考虑，本设计采用方案三，采用AT80C51单片机控制系统的运行
2.2 存储模块
方案一:由单片机启动A/D转换，读入采集到的数据，然后转存到RAM 内，期间可以把数据送到D/A转换芯片输出。此方案设计简单，易于实现。但是在一个采样周期内单片机要完成多个读写外部数据的
操作，严重制约了数据的采样速度。
方案二:采用DMA(直接存储器存取)方式实现数据的高速采样和存储。DMA 控制器、A/D 转换器、RAM 、D/A 转换器等器件，全部挂在总线上。当启动DMA 方式时，单片机让出数据和地址总线，由DMA 控制器控制数据的读写；当DMA 控制器完成工作后，单片机再接管总线控制权，执行其他读写操作。采用DMA 方式存取数据时，在时钟脉冲的上升沿启动发送设备送出数据，同时在地址总线发出相应的目标地址并选通相应的接收设备，然后在时钟脉冲的下降沿将数据直接通过数据总线送人接收设备，实现了数据的直接传送(即不经CPU 的传送)。期间由于并不经过转存数据的过程，因此传输速率基本上只取决于数据的发送设备和接收设备的速度或DMA 控制器的速度。
本设计采用方案一。考虑到数据传输不是很快，而且是单向传输(数据存到 RAM)，在没有专用DMA 控制器的情况下，单纯用单片机控制系统的数据采集和存储。
2.3 数据采集模块
方案一:采用集成运放OP37对电压、电流信号进行放大。由理论公
式计算可得此电路的放大倍数为
1R R V V K p in
out =
=
方案二:采用D/A 芯片DAC0832和精密低噪运放OP37组成程控运放模块，由单片机控制其放大倍数。改变DI 的置数，可以改变模块的放大倍数，关系如表 2.3.1 所示。它可以实现以10倍为1挡的灵敏度调节。这种方法只适合输出电压在较低的幅度，对于大信号来说实际上增大了噪声和零
漂。
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图2-3 运放OP37
表2-1 DI 置数与放大倍数对照表
方案三:采用程控放大器 PGA102 实现信号的放大。通过控制 PGA102 的管脚1(AO)、2 (A1)逻辑状态可以改变它的放大倍数，如表 2.3.2 所示，可以满足每挡变化10倍，而且精度较高，控制也很方便。
本次设计没有采用放大设备。
表 2-2 A0、A1逻辑状态与增益和增益误差对照表
2.4 器件选择
根据以上方案选择所得结果，列出器件清单：
?ADC0809 一片
?DAC0832 一片
?AT80C51单片机
?拨码开关
1.ADC0809介绍：
按工作原理分，A/D转换器的主要种类有：逐次逼近式、双计分式、计数比较式和并行式。ADC0809为8位逐次式、单片CMOS集成A/D转换器。主要性能：
●分辨率8位；
●精度：小于±1LSB；
●单+5V供电，模拟输入电压范围为0～+5V；
●具有锁存控制的8路输入模拟开关；
●可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容；
●功耗为15mW；
●不必进行零点和满度调整；
●转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：10～
1280kHz。
ADC0809与单片机的接口可以采用查询方式和中断方式。在查询方式中，由于ADC0809片内没有时钟，故利用80C51提供的地址锁存允许信号ALE经过D触发器二分频后获得。
ALE引脚的频率是单片机的1/6，我们所用的单片机时钟频率为12MHz，则ALE引脚的频率为2MHz。在经过二分频后为1MHz，所以ADC0809能可靠工作。
采用中断方式可大大节省CPU时间。当转换结束时，EOC向单片机发出中断申请信号。响应中断请求后，由中段服务子程序读取A/D 转换结果并存储到RAM中，然后启动ADC0809的下一次转换。
2.DAC0832介绍：
DAC0832由一个8位输入锁存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器及逻辑控制电路组成。输入数据锁存器和DAC寄存器构成了两级缓存，可以实现多通道同步转换输出。可以工作于双缓冲、单缓冲和直通方式。主要特性：
●分辨率为8位；
●电流建立时间1us；
●数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式；
●输出电流线形度可在满量程下调解；
●逻辑电平输入与TTL电平兼容；
●单一电源供电（+5～+15V）；
●低功耗，20mW。
3.80C51介绍：
80C51单片机主要由以下几部分组成：
（1）CPU系统
●8位CPU，含布尔处理器；
●时钟电路；
●总线控制逻辑。
（2）存储器系统
●4K字节的程序存储器（ROM/EPROM/Flash，可外扩至64K）；
●128字节的数据存储器（RAM，可再外扩64K）；
●特殊寄存器SFR。
（3）I/O口和其它功能单元
●4个并行I/O口；
●2个16位定时/计数器；
●1个全功能异步串行口；
●中断系统（5个中断源、2个优先级）。
80C51系列单片机采用双列直插式（DIP）、QFP44（Quad Flat Pack）和LCC（Leaded Chip Carrier）形式引脚封装。
本次设计的硬件连接图如附录1。
注：其中拨码开关功能是控制在程序循环执行显示存储波形时，判断是否复位。
第三章软件设计
本次设计的简易数字存储示波器的方框图（图3-1）：
图3-1 简易DSO方框图
3.1 程序设计思路
因为本设计中，数据采集和存储采用了单片机控制，所以软件主要功能是控制采样，存储和输出以及对系统各部分工作进行协调。在系统初始化时，由CPU控制总线，在需要进行数据采集时,先设定好采样点数和采样速率,然后让出总线,由ADC0809进行数据采集，并直接送到80C51储存单元，采集数据完成后，存储在存储单元的数据送入DAC0832，然后通过示波器显示出来。
软件关键部分为按键控制部分，数据采集部分和D/A转换部分。
按键控制部分主要控制存储波形，输出存储波形，波形在时间轴上的放大。把存储在内存中的数据按照设定的时间送给D/A转换器，改变送出数据时间间隔从而改变波形的延伸倍数。
数据采集部分进行数据采集，并通过单片机控制存储在片内或片外RAM中。
D/A转换部分包括读取片内RAM或片外RAM判断间隔时间然后输出波形送给示波器显示，实现存储波形的显示、实时显示、在时间轴上的延伸等子功能。
原打算设计使用两个存储单元块，采用时间中断系统显示波形，这样大大减少存储采样点与另一次存储采样点的时间间隔，波形失真减少，但是由于时间中断系统可能在存储采样信号未完成时产生中断，这样很可能产生波形混乱，所以没有采用此方法。
3.2 程序流程及程序编制
程序的主流程图如图3.2.1：
显示存储波形子程序流程图如图3.2.2：
这个流程图是显示存储波形子程序的，包含了1倍、2倍或4倍延伸显示，在设置间隔时间即是计算输出采样点与下一个采样点之间的时间间隔，这样可以完成1倍、2倍、4倍显示。
本次设计具体程序如附录2。
图3-1 主程序流程图
摘要 本科毕业设计论文 题目简易数字示波器设计 I
西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文） 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
摘要 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 III
数字示波器基础知识 耦合 耦合控制机构决定输入信号从示波器前面板上的BNC输入端通到该通道垂直偏转系统其它部分的方式。耦合控制可以有两种设置方式，即DC耦合和AC耦合。 DC耦合方式为信号提供直接的连接通路。因此信号提供直接的连接通路。因此信号的所有分量（AC 和：DC）都会影响示波器的波形显示。 AC耦合方式则在BDC端和衰减器之间串联一个电容。这样，信号的DC分量就被阻断，而信号的低频AC分量也将受阻或大为衰减。示波器的低频截止频率就是示波器显示的信号幅度仅为其直实幅度为71％时的信号频率。示波器的低频截止频率主要决定于其输入耦合电容的数值。 和耦合控制机构有关的另一个功能是输入接地功能。这时，输入信号和衰减器断开并将衰减器输入端连至示波器的地电平。当选择接地时，在屏幕上将会看到一条位于0V电平的直线。这时可以使用位置控制机构来调节这个参考电平或扫描基线的位置。 输入阻抗 多数示波器的输入阻抗为1MΩ和大约25pF相关联。这足以满足多数应用场合的要求，因为它对多数电路的负载效应极小。 有些信号来自50Ω输出阻抗的源。为了准确的测量这些信号并避免发生失真，必须对这些信号进行正确的传送和端接。这时应当使用50Ω特性阻抗的电缆并用50Ω的负载进行端接。某些示波器，如PM3094和PM3394A，内部装有一个50Ω的负载，提供一种用户可选择的功能。为避免误操作，选择此功能时需经再次确认。由于同样的理由，50Ω输入阻抗功能不能和某些探头配合使用。 相加和反向 简单的把两个信号相加起来似乎没有什么实际意义。然百，把两个有关信号之一反向，再将二者相加，实际上就实现了两个信号的相减。这对于消除共模干扰（即交流声），或者进行差分测量都是非常有用的。 从一个系统的输出信号中减去输入信号，再进行适当的比例变换，就可以测出被测系统引起的失真。 由于很多电子系统本身就具有反向的特性，这样只要把示波器的两个输入信号相加就能实现我们所期望的信号相减。 带宽
摘要 数字存储示波器是随着数字电路的发展而发展起来的一种具有存储功能的新型示波器。原先人们看好的模拟示波器的一些优点，目前数字示波器已完全能够做到，特别是在捕获非重复信号、避免信号的虚化和闪烁、在时间上从触发事件反问寻迹——实现在电路中隔离故障等方面，数字示波器显示出了模拟示波器无可比拟的优势。因此，数字示波器由于其优势的性能、良好的性能价格化，刚一问世,就显示出它强大的生命力,各行各业均迫切需要,有其广阔的发展前途.。 本简易数字存储示波器,以单片机和可编程逻辑器件(CPLD)为控制核心,由通道调理、触发、波形显示等功能模块组成。本系统对触发系统、水平扫描速度和垂直灵敏度的自动设置功能（AUTOSET）及波形参数测量等功能进行了重点设计。使仪器最后具有单次触发存储显示方式及锁存功能，又可以对某段瞬时波形进行即时存储和连续回放显示。设计中采用了模块化设计方法，并使用了多种EDA工具，提高了设计效率。整个设计实现了存储示波器的所有功能要求，达到较高的性能指标。 关键词：可编程逻辑器件，存储器，转换器，数字存储示波器，单片机
ABSTRACT It is that one developed with development of the digital circuit is new-type oscillograph which stores the function that the figure stores the oscillograph . Original ancestors see some advantages of the good simulation oscillograph , the digital oscillograph can already be accomplished at present, catching and is not repeating the signal, avoiding melting and glimmers specially emptily, reply the mark of seeking from the incident of touching off on time of the signal --Realizing it in isolating the trouble in the circuit etc., the digital oscillograph demonstrates the incomparable advantage of the simulation oscillograph . So digital oscillograph because performance , good performance price of advantage their, just coming out , demonstrated its strong vitality, all trades and professions needed urgently , there is its wide development prospect. . T his simple and easy figure stores the oscillograph, regard one-chip computer and programmable logic device (CPLD ) as the core of controlling, nursed one's health, touched off by the pass-way, the wave form shows, etc. the function module makes up . Such functions as automatic establishment function (AUTOSET ) and wave form parameter that this system scanned the speed and vertical sensitivity in touching off system , level are measured have been designed especially. Make the instrument have single time to touch off and store the display mode and latch the function finally, can store and show with the continuous playback immediately a section of instantaneous wave forms . Have adopt the module design method in the design, has used many kinds of EDA tools, have improved design efficiency. The whole of functions of designing and realizing storing the oscillograph require , reach the higher performance index Keyword: Programmable logic device, the memory , the converter, the figure stores the oscillograph , Micro Computer Unite
一、绪论 1.1 虚拟示波器背景 示波器是电子测量行业最常用的测量仪器之一，主要用来测量并显示被测信号的参数和波形，在科学研究、科学实验以及现场监测等许多领域被广泛应用。随着科学研究的不断深入和各种高新技术的不断发展，传统示波器的诸如波形不稳定、测读不准确等许多缺陷逐渐显露出来，而且体积大，耗电多，越来越不能满足现代应用的需要。 “虚拟仪器”这一新概念测量仪器的诞生，使示波器突破了传统，在功能和作用等多方面发生了根本性变化。虚拟仪器将计算机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。 虚拟示波器是虚拟仪器的一种，它不仅可以实现传统示波器的功能，具有存储、再现、分析、处理波形等特点，而且体积小，耗电少。虚拟示波器使用功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不同的方式(如数据、图形、图表等)表示测量结果，完成各种规模的测量任务。鉴于虚拟示波器的种种优点及广泛用途，研究出性能优越、价格低廉的虚拟示波器是十分重要的。 1.2 性能指标 本示波器与常见的示波器比较，最大的特点是可以定量地给出信号的各种参量，比如最大、最小值和频率等，无需使用者再去数格子，然后还要计算。特别适合于学校教学实验的需求，在学校教学中可以直联投影机，使全体学生都可以远距离看到信号波形的演示。 本示波器采样USB接口，其频率比并口示波器略高，同样支持直流测量，可以定量测量信号，主要技术指标如下： 采样频率：共八挡可调：323.53kHz、100kHz、50kHz、20kHz、10kHz、5kHz、2kHz、1kHz。本机测量的信号频率应在70kHz以下。 最高输入电压：共两挡可选：±2.5V，±12.5V，如果接入10：1示波器探棒，最大输入电压可达±125V。 输入阻抗：1MΩ。 供电电压：无需外部供电，直接从PC机的USB口取电。 接口：USB接口。 二、硬件设计 具体电路原理图见附录一，从图中可以看出电路的输入信号调理部分和信号转换部分与常见的并口示波器相同，R10、R11、R12、R13、R14、C19、C20和C21构成输入交直流切换和衰减网络，提供交直流输入切换和1：1、1：5的输入信号切换功能；TL074中的一个运放U 1 A和其周边元件构成一个跟随放大器，提供了输入保护和阻抗转换功能；TL074中的另一个运放U1B
山东科技大学 课程设计报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 小组成员：
基于STM32的数字示波器设计 -----------硬件方面设计 摘要 本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以ARM9[2]为控制核心数字示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，波形处理，LCD显示灯模块。前级电路处理包括程控放大衰减器，极性转换电路，过零比较器组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。充分使用了Proteus Multisim仿真工具，大大提高了设计效率，可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ 的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V,并实现波形的放大和缩小，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的频率。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本。 关键词：AD ，ARM，实时采样，数字示波器
目录 前言---------------------------------------------------------------------------------3第一章绪论--------------------------------------------------------------------4 1.1课题背景---------------------------------------------------------------------4 1.2课题研究目的及意义----------------------------------------------------4 1.3课题主要的研究内容----------------------------------------------------5 第二章系统的整体设计方案--------------------------------------------6 2.1硬件总体结构思路--------------------------------------------------------6 第三章硬件结构设计------------------------------------------------------------7 3.1程控放大模块设计-------------------------------------------------------7 3.1.1程控放大电路的作用-------------------------------------------7 3.1.2程控放大电路所用芯片---------------------------------------7 3.1.3AD603放大电路及原理----------------------------------------8 3.2极性转换电路设计------------------------------------------------------10 3.3 AD转换电路及LED显示电路等(由组内其他同学完成) 第四章软件设计(由组内其他同学完成) 第五章性能能测试与分析--------------------------------------------------15 第六章设计结论及感悟-----------------------------------------------17参考文献----------------------------------------------------------------------18
题目：基于STC单片机虚拟简易示波器的设计
目录 1．实验目的及意义 (1) 2. 试验内容及方案论证 (1) 3.系统工作原理 (2) 4.硬件电路设计 (2) 5.系统软件设计 (4) 5.1下位机设计 (4) 5.2 上位机设计 (8) 6.系统调试 (10) 6.1硬件调试 (10) 6.2 软件调试 (10) 6.3 软硬联调 (11) 7.实验结果与误差分析 (11) 8.实验小结及体会 (12) 参考文献： (13)
1．实验目的及意义 （1）学会利用AT89C5X系列单片机控制AD7862实现模拟的电压的采集； （2）学会利用串口与PC机进行通信将测量数据发送给PC机，在PC机上利用Visual C++ 6.0编写上位机界面，并显示数据与波形； （3）通过应用Altium Designer 6软件掌握电路板的原理图绘制及pcb板的生成； （4）学会利用Keil uVision4软件编写并调试单片机的下位机程序，利用Keil uVision4与wave6000软件结合，对硬件电路采集来的数据进行分析。 2. 试验内容及方案论证 在实际应用中，经常会遇到一些突发信号，需要对其进行高速采集，这种情况下采用高速的A/D自然成为首选。AD7862是AD公司推出的一个高速，低功耗，双12位的A/D转换，单+5V供电,功率为60mW。它包含两个4us的延时的ADC,两个锁存器，一个内部的+2.5V参考电压和一个高速并行输出端口。有四个模拟输入通道，分为两组，由A0选择。每一组通道有两个输入(VA1 & VA2 or VB1 & VB2)，它们能同时的被采样和转化，保存相对的信号信息。它可以接受+10v的输入电压范围（AD7862-10），+2.5(AD7862-3)和0-2.5v（AD7862-2）。对模拟电压输入，具有过电保护功能，相对地，允许输入电压到达+17v，+7v，+7v，而不会造成损害，本实验选用AD7862-10。其具有以下主要特点： 1、4通道模拟输入，2路同时转换（内置2个可同时工作的12位集成AD 转换器）； 2、4us转换时间，250ksps采样速率； 3、可选模拟量输入±10V(AD7862-10)； 4、高速12位并行总线输出； 5、内部提供+2.5V参考电压或者由外部提供参考电压;； 6、单一电源工作。 本实验采用的微处理器是STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机使用方便，它与AT89S52单片机具有相同的内核，内部有256 Bytes片内RAM、8K Flash ROM,支持串口下载，易于在线编程调试，故采用这种单片机来做处理器。
简易数字存储示波器 06204526 程杰
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一、任务分析 制作一个简易数字存储示波器，其结构框图如下图所示 二、方案论证与比较 1．波形采集模块 波形采集模块采用AD 转换芯片将模拟波形信号转换为数字信号发送给单片机，有如下几种方案： 方案1 采用片外并行AD 芯片，如ADC0809。 优点：使用广泛，参考资料很多。 缺点：并行接口占用单片机口线较多，接线复杂。 方案2 采用单片机内置AD 转换功能，如A VR 、C8051等单片机内置的ADC 优点：集成在单片机内部，不需要额外连线，方便易行。 缺点：片内集成的ADC 速度较低，无法采集频率高的信号，没有独立多路AD ， 多通道AD 会降低采样速度。 方案3 采用片外串行高速ADC 芯片如maxim 公司的高速ADC 串行芯片，外加 FPGA 控制采样。 优点：速度块，占用单片机口线少，可以很容易实现MHz 级别的波形采样 缺点：价格昂贵，资料较少。
综合考虑价格和易行性，本系统采用方案2，采用A VR mega64芯片中的内置ADC。2．微处理控制模块 微处理控制模块采用单片机来完整，经济可行： 方案1 采用经典80C51系列单片机 优点：使用广泛，资料丰富 缺点：功能较少，性能较弱 方案2 采用atmel公司的高档8位单片机A VRmega64 优点：高性能，价格相对较低，内置ADC 缺点：上市时间较短，资料少 方案3 采用atmel公司的高档8位单片机A VRmega64控制显示部分，外加一片FPGA控制采样 优点：FPGA采样速度快，单片机控制显示方便，取长补短 缺点：系统较为复杂 由于本人对A VR单片机使用较为熟悉，所以本系统采用方案2，即A VRmega64来完成，其基本性能指标如下： ·先进RISC结构，性能达到1MHz有1MIPS ·64KB Flash程序存储空间 ·4KB SRAM 、4KB EEPROM ·内置I2C、SPI、PWM、ADC等功能 ·支持在线编程ISP功能 3.存储模块 存储模块采用SRAM来存储波形采集模块所采集到的波形，有如下三种方案： 方案1 采用外置一片62256和74HC573作为锁存器，扩展单片机的存储空间优点：外扩空间容量很大 缺点：接线复杂，出现错误不容易排查 方案2 采用A VR 单片机内置4KB RAM,划分出约2KB空姐供存储波形数据，也可以存储数十页的数据。 优点：无须接线，体现了高档单片机RAM大的优势 缺点：空间较少，需要大量存储时仍然不够 方案3 利用FPGA内部的SRAM
预备实验：数字示波器使用方法（简介） 内容提示：1、数字示波器功能简介 2、示波器面板照 3、示波器各按钮操作功能 4、示波显示状态的含义 5、常用功能按钮的操作 6、垂直控制按钮的操作 7、水平控制按钮的操作显示 8、触发电平控制按钮的操作 9、操作注意事项 10、显示、测量直流信号 11、显示、测量交流信号 一、数字示波器功能简介 数字示波器是一种小巧，轻型、便携式的可用来进行以接地电平为参考点测量的数字式实时示波器。它的屏幕既能显示被测信号的波形，还能显示被测信号的电压幅度、周期、频率等有关电参数。 ADS1000CA特点： ●全新的超薄外观设计、体积小巧、携带更方便 ●彩色TFT LCD 显示，波形显示更清晰、稳定 ●双通道，带宽: 25MHZ-100MHZ ●实时采样率：1GSa/s ●存储深度：2Mpts ●丰富的触发功能：边沿、脉冲、视频、斜率、交替、延迟 ●独特的数字滤波与波形录制功能 ●Pass/Fail 功能 ●32 种自动测量功能 ●2 组参考波形、20 组普通波形、20 组设置内部存储/调出；支持波形、设置、CSV 和位图文件U 盘外部存储及调出 ●手动、追踪、自动光标测量功能 ●通道波形与FFT 波形同时分屏显示功能 ●模拟通道的波形亮度及屏幕网格亮度可调 ●弹出式菜单显示模式，用户操作更灵活、自然 ●丰富的界面显示风格：经典、现代、传统、简洁 ●多种语言界面显示，中英文在线帮助系统 ●标准配置接口：USB Host：支持U 盘存储并能通过U 盘进行系统软件升级； USB Device：支持PictBridge 直接打印及与PC 连接远程控制；RS-232
山东科技大学电子技术综合实践报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 1001050903 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013.6.18 摘要
本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器
前言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2课题研究的目的和意义 (2) 1.3课题的主要研究工作 (3) 第2章系统整体设计方案 (3) 2.1硬件总体结构 (3) 2.2系统实现的原理介绍 (4) 2.2.1 STM32处理器介绍 (4) 2.2.2 LCD显示介绍 (5) 2.3软件整体设计 (6) 2.4数字手持示波器技术参数 (6) 第3章软件编程与调试 (7) 3.1软件设计总体框图 (7) 3.2键盘控制程序 (7) 3.3峰峰值测量程序设计 (8) 3.4LCD显示程序设计 (9) 第四章性能测试与分析 (11) 第五章总结 (13) 第六章参考文献 (14)
电信专业综合实践 设计题目：在LPC2210 开发板的基础上 ----------简易数字示波器设计 学校： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2011．1．1
目录 第1章设计内容与要求 ...................................... 错误!未定义书签。 1.1 设计内容............................................ 错误!未定义书签。 1.2 设计要求............................................ 错误!未定义书签。 1.3 系统功能............................................ 错误!未定义书签。 1.4 应用分析............................................ 错误!未定义书签。第2章系统总体设计 ........................................ 错误!未定义书签。 2.1 总体框图............................................ 错误!未定义书签。 2.2 总体设计分析........................................ 错误!未定义书签。第3章硬件结构............................................ 错误!未定义书签。 3.1 5V电源电路.......................................... 错误!未定义书签。 3.2 系统电源电路........................................ 错误!未定义书签。 3.3 复位电路............................................ 错误!未定义书签。 3.4 JTAG接口电路........................................ 错误!未定义书签。 3.5 系统存储器电路...................................... 错误!未定义书签。 3.6 TFT液晶接口电路 (12) 3.7 串口接口电路 (13) 3.8 ADC电路 (14) 3.9 按键控制电路........................................ 错误!未定义书签。 3.10 主芯片电路 (14) 第4章软件分析 (14) 4.1 软件框图分析 (14) 4.2 任务的划分 (15) 4.3 任务的优先级设计 (15) 4.4 液晶初始化设计 (16) 4.5 定时器设计 (16) 4.6 AD转换设计 (16)
课程设计报告 课程名称综合电子设计 题目简易数字示波器 指导教师 起止日期 系别自动化 专业自动控制 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1Hz~200kHz（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0～5V（峰-峰值），可按步进为0.1V（峰-峰值）。 5. 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：100Ω~∞）。 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。 三、系统设计 系统总体设计方框图：
简易数字存储示波器研究 基于MCU8051和FPGA的控制平台，采用实时采样与等效采样两种方式实现了时频率为10Hz－10MHz的波形数据的实时采样，存储与回放。做到垂直灵敏度含1v/div，0.1v/div和2my/div三档，扫描速度合20ms/div，2uv/div，100ns/div 三档。系统的频率测量精度达0.001Hz，电压测量精度达0.05V。自带100KHz 方波信号为系统测频时钟与电压基准源的进行自动校准，此外，还实现了对波形数据的单次触发存储与调出功能和AUTO显示功能。 标签：数字存储；示波器；等效采样；实时采样 1引言 数字存储示波器是20世纪70年代初发展起来的一种新型示波器。这种类型的示波器可以方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理，例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。数字存储示波器的出现使传统示波器的功能发生了重大变革。 2数字存储示波器基本工作原理 数字存储示波器在信号进入示波器后立刻通过高速A/D转换器将模拟信号快速采样、存储。通过单片机对信号进行处理，得到信号的波形参数，存储并通过D/A转换器后可由示波器显示，从而实现模拟示波器的功能。但相对于模拟示波器，数字示波器测量精度高，还可对信号进行存储。本系统的原理方框图如图1所示： 3系统功能模块与硬件电路 基于数字示波器的基本原理，可以把整个系统分为频率测量、采样保持、触发方式选择、位置调节、显示控制几个主要的模块。模拟信号通过信号调理模块(阻抗变换、程控放大、触发电路)，将模拟信号的幅值大小调整到高速AD(AD9225)的输入范围0V－4V。然后通过AD9225对信号进性采样。我们采用外部有源晶振作为高速AD的采样时钟来控制恒定的采样率4MHz(晶振的固有振荡频率)，在FPGA内部增加波形存储控制模块，当满足触发条件时FP－GA以下抽样的方式对AD转换得到的数据进行存储，抽样频率由可水平分辩率来控制(若为AUTO功能，则与信号的频率有关)。将抽样的数据分别存储到双口RAM中，在送人行列扫描电路(2片DAC0800)前经过了波形显示控制模块，它的作用是对RAM的数据及读入起始地址的进行处理。从而实现波形在模拟示波器上的左右平移。同时在FPGA内部实现了512点的FFT计算，成功得分析了输入信号的频谱。系统的连接框图如图2所示：
数字存储示波器的使用
实验二数字存储示波器的使用 加灰色底纹部分是预习报告必写部分 示波器是一种常用的电子仪器，主要用于观察和测量各种电信号。配合各种传感器把非电量转换成电量，示波器也可以用来观察各种非电量的变化过程。示波器有多种类型和型号，但它们基本原理是相同的。本实验是用双信号发生器的输出信号在示波器中合成李萨如图形。 ［实验目的］ 1．了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理。 2．学会使用函数信号发生器。 3．学会用示波器观察波形以及测量电压、周期和频率等。 4、理解李萨如图形合成原理及方法。 ［实验仪器］ DS1052E型数字存储示波器、DG1022双通道函数/任意波形发生器、连接线（2根） 【示波管的简单介绍】
示波管如图1所示 示波管包括有： （1）一个电子枪，它发射电子，把电子加速到一定速度，并聚焦成电子束； （2）一个由两对金属板组成的偏转系统；（3）一个在管子末端的荧光屏，用来显示电子束的轰击点。 所有部件全都密封在一个抽成真空的玻璃外壳里，目的是为了避免电子与气体分子碰撞而引起电子束散射。接通电源后，灯丝发热，阴极发射电子。栅极加上相对于阴极的负电压，它有两个作用：①一方面调节栅极电压的大小控制阴极发射电子的强度，所以栅极也叫控制极；②另一方面栅极电压和第一阳极电压构成一定的空间电位分布，使得由阴极发射的电子束在栅极附近形成一个交叉点。第一阳极和第二阳极的作用一方面构成聚焦电场，使得经过第一交叉点又发散了的电子在聚焦场作用下又会聚起来；另一方面使电子加速，电子以高速打在荧光屏上，屏上
③数字滤波的频率上线 MATH 为系统的数学运算界面 REF 为导入导出已保存的文件菜单或保存文件，但不存储X-Y方式的波形 设置水平系统HORIZONTAL（MENU、POSITION(水平位置) SCALE(水平范围) MENU ①延迟扫描：用来放大一段波形，以便查看图形细节②时基：Y-T、X-Y（水平轴上显示通道1电压，垂直轴上显示通道2电压）、Roll③采样率：显示系统采样率 设置触发系统TRIGGER（LEVEL、MENU、50%、FORCE） MENU中的触发模式有边沿触发、脉宽触发、斜率触发、视频触发、交替触发（稳定触发双通道不同步信号，此触发模式下，不能产生X-Y波形，且交替触发菜单中触发类型为视频触发时它的同步分为：所有行、指定行、奇数场、偶数场）。触发方式：自动、普通、单次，如在自动下无法稳定两波形，可选择单次稳定波形。触发设置：灵敏度、触发抑制：设置重新启动触发电路的时间间隔，时间范围为：500ns-1.5s、
数字示波器的调节与使用 一、实验目的 1.了解示波器的结构与示波原理 2.掌握示波器的使用方法，学会用示波器观测各种电信号的波形 3.学会用示波器测正弦交流信号的电压幅值及频率 4.学会用李萨如图法，测量正弦信号频率 二、实验仪器 RIGOL DS1000E型数字存储示波器，ＤＧ１０２２函数波形发生器 三、实验原理 1、双踪示波器的原理： 双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等。 Y CH1 Y CH2 图1. 双踪示波器原理方框图 其中，电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏转板，这样在荧光屏上忽而显示YCH1信号波形，忽而显示YCH2信号波形。由于荧光屏荧光物质的余辉及人眼视觉滞留效应，荧光屏上看到的是两个波形。 如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的是一移动的不稳定图形，这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“time/div”调节旋钮，用来调节锯齿波电压的周期，使之与被测信号的周期呈合适的关系，从而显示出完整周期的正弦波形。
当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍，屏上一般会显示出完整周期的正弦波形，但由于环境或其他因素的影响，波形会移动，为此示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入，则称为“外同步”。 2．示波器显示波形原理： 如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的变化周期相等时，则在荧光屏上将显示出完整周期的正弦波形，如图2所示。如果在示波器的YCH1、YCH2端口同时加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。 图2.示波器显示正弦波形的原理 3、数字存储示波器的基本原理 数字存储示波器的基本原理框图如图3所示： 图3.数字存储示波器的基本原理框图 数字示波器是按照采样原理，利用A/D变换，将连续的模拟信号转变成离散的数字序列，然后进行恢复重建波形，从而达到测量波形的目的。 输入缓冲器放大器（AMP)将输入的信号作缓冲变换，起到将被测体与示波器隔离的作用，示波器工作状态的变换不会影响输入信号，同时将信号的幅值切换至适当的电平范围（示波器可以处理的范围），也就是说不同幅值的信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内的信号。 A/D单元的作用是将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，然后按照数字序列的先后顺序重建波形。所以A/D单元起到一个采样的作用，它在采样时钟的作用下,将采样脉冲到来时刻的信号幅值的大小转化为数字表示的数值。这个点我们称为采样点。A/D转换器是波形采集的关键部件。 多路选通器（DEMUX）将数据按照顺序排列，即将A/D变换的数据按照其在模拟波形上的先后顺序存入存储器，也就是给数据安排地址，其地址的顺序就是采样点在波形上的顺序，采样点相邻数据之间的时间间隔就是采样间隔。 数据采集存储器（Acquisition Memory)是将采样点存储下来的存储单元，他将
科技大学 电子技术综合实践报告设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 1001050903 学生： 指导教师： 设计时间：2013.6.18 摘要
本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度围为-3.3V—+3.3V，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器
前言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2课题研究的目的和意义 (2) 1.3课题的主要研究工作 (3) 第2章系统整体设计方案 (3) 2.1硬件总体结构 (3) 2.2系统实现的原理介绍 (4) 2.2.1 STM32处理器介绍 (4) 2.2.2 LCD显示介绍 (5) 2.3软件整体设计 (6) 2.4数字手持示波器技术参数 (6) 第3章软件编程与调试 (7) 3.1软件设计总体框图 (7) 3.2键盘控制程序 (7) 3.3峰峰值测量程序设计 (8) 3.4LCD显示程序设计 (9) 第四章性能测试与分析 (12) 第五章总结 (14) 第六章参考文献 (15)
款简易示波器的设计方案 随着电子通信以及教学事业的发展，示波器的应用 越来越广泛，它在教学中所起到的作用越来越重要，示波器可以测量信号的幅度，频率以及波形等等，但是高精度的示波器非常昂贵，对于非盈利事业的教学组织来说无疑不合适，所以提出了一种以单片机为控制核心的简易示波器设计方案。它由前向控制部分，数据采集和存储部分， 51 单片机控 制部分以及按键和 MS12864R 显示部分组成。 1 简易数字示波器的工作原理以及总体框架本设计硬件电路部分由单片机控制系统电路，前向输入调理电路，模数转换和存储电路，以及按键显示电路组成。其工作的基本思路就是以单片机为控制核心，让 AD 芯片完成数据的离散化，采集数据经过缓冲暂存于存储器里面，当波形显示时，单片机从存储器的读使能端读取采集数据存于数组中，然后进行相应的数据处理并把所存取得数据按一定的顺序打在液晶显示器相应的位置上，从而再现波形信号 ;其中输入调理电路由阻抗变换电路，信号抬升电路以及频率测量电路构成，阻抗变换电路是为了提高输入阻抗，信号抬升是为了使信号的幅度满足 AD 芯片的输入幅度要求，频率测量电路主要是测量周期性信号的频率。总体设计框图如图 1 所示。 2 硬件设计 2.1 前端信号的处理本模块具有两
信号位置的变换主要由阻抗变换电路，信号抬升电路构成， 阻抗变换采用 ua741 构建的阻随放大电路， 信 用 ua741 构 成的加法电路， 信号位置的处理主要是对被测输 入信号在幅度与偏移方面进行线性处理，使信号在垂直方向 处于 A/D 转换器的输入范围内。 波形变换电路是用来测量 输入信号的频率，但是单片机属于数字器件，为此，我们需 随着写入数据或者读取数据而使地址指针进行递增或者递 减来实现寻址，两者中间接了一个缓冲器，这样可以起到数 据缓冲作用，在MCU 与AD 之间接入FIFO 的作用是起到数 据缓冲的作用，因为 AD 的时钟高于 MCU 的工作频率，所 以让 AD 和 FIFO 同步工作来存储 AD 转换的输出数据，实 验中 AD 与 FIFO 的时钟同步，来自于 ALE 引脚，为了使时 钟更加稳定， 可以让 ALE 信号先经过与门再送往采集存储模 块;FIFO 有3个标志位引脚，FF 满标志，HF 半满标志以及 EF 空标志，本设计只利用了 FF 满标志，当 FIFO 存满时通 知单片机来读取数据，这是单片机使 FIFO 的写使能禁止， 大功能， 是输入信号位置的变换 ;二是信号波形的变换 号抬升电路采 要对输入信号进行波形变换以及脉冲整形 ;硬件电路设计如 图2 所示。 2.2 信号的采集与存储 数据采集部分㈣ 是本设计的核心部分，本设计采用 BB 公司的 8 位 AD, 试验 中让 AD 完成数据采集，采集完数据送往 FIFO, 通过 FIFO 中继再送往单片机， FIFO 是一种双口 RAM, 它没有地址线，
简易数字存储示波器 (2011年全国电子设计大赛) 设计任务及要求： 1、设计并制作一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器，示意图如下： 2、基本要求 （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100kΩ，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、20μs/div三档扫描速度，仪器的频率范围为DC～50kHz，误差≤5%。 （4）要求设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度，误差≤5%。
（5）仪器的触发电路用内触发，要求上升沿触发、触发电平可调。（6）观测波形无明显失真。 3、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。 方案选择及设计理念： 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。下图所示为数字存储示波器的原理框图。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转化和LPF滤波后送至示波器就可以观察到稳定的还原后的波形。