毕业论文基于STC单片机虚拟简易示波器的设计

方程段 11 部分 1方程段 11 部分 1华北理工大学轻工学院Qing Gong College North China University of Science and Technology毕业设计说明书设计题目：基于单片机的简易数字示波器的设计学生姓名：学号：专业班级：测控技术与仪器学部：信息科学部指导教师：2015年5月30日摘要数字存储示波器是依据数字集成电路技术的发展而出现的智能化示波器，现在已经成为电子测量领域的基础测量仪器。

数字存储示波器的技术基础是数据采集，该技术已经广泛应用于数据采集产品中，对相关仪器的研发与创新具有深远意义。

随着技术与元器件的发展与创新，数字存储示波器正在向宽带化、模块化、多功能和网络化的方向发展。

数字存储示波器可以实现高带宽和强大的分析能力。

高端的数字存储示波器实时带宽已经可以达到20GHz，可以广泛的应用各种千兆以太网、光通讯等测试领域。

而中低端的数字存储示波器已经可以广泛应用于各个领域的通用测试，也可以广泛应用于高校及职业院校的教案。

但是现在国内外数字存储示波器在几千到几十万不等，普遍价格偏高，不适用于简单用途的使用与测量。

所以这里介绍了数字存储示波器的原理与基本概念并设计了一个简易的基于单片机的数字存储示波器，简化制作成成本，并能实现其基本功能与主要技术指标。

关键词数据采集、单片机AbstractDigital storage oscilloscope is based on the development of Digital IC technology and intelligent oscilloscope, now electronic measurement field of basic measurement instrument. The technology of digital storage oscilloscope is the data acquisition, which has been widely used in data acquisition products, and it has far-reaching significance for the development and innovationof the related instruments..With the development and innovation of technology and components, digital storage oscilloscope is developing to broadband, modular, multi-function and network.. Digital storage oscilloscope can achieve high bandwidth and strong analytical skills. High end digital storage oscilloscope real-time bandwidth has been reached 20GHz, can be widely used in various Gigabit Ethernet, optical communications and other test areas. And the low-end digital storage oscilloscope has been widely used in various fields of universal testing, can also be widely used in Colleges and universities and vocational colleges teaching.But now the digital storage oscilloscope at home and abroad, ranging from thousands to hundreds of thousands, the general price is high, not for simple purposes and measurement. So here the basic concepts and principles of digital storage oscilloscope and design a simple digital storage oscilloscope based on MCU, simplify the production cost and realize the basic functionsand main technical indicators.Keywords: data acquisition microcontroller目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 选题的背景意义和研究现状 (1)1.1.1 选题的背景意义 (1)1.1.2 国内外研究现状 (1)1.2 设计的任务和要求 (2)1.2.1设计的主要任务 (2)1.2.2 设计的基本要求 (2)第2章数字存储示波器的基本原理 (3)2.1数字示波器的基本原理 (3)2.1.1 数字存储示波器的组成原理 (3)2.2数字存储示波器的工作方式 (3)2.2.1数字存储示波器的功能 (3)2.2.2触发工作方式 (4)2.2.3测量和计算工作方式 (4)2.2.4面板按键操作方式 (4)2.2.5数字存储示波器的显示方式 (4)2.3数字存储示波器的特点 (6)2.4数字存储示波器的主要技术指标 (6)2.4.1最高取样速率 (6)2.4.2存储带宽 (7)2.3.3分辨率 (7)2.4.4存储容量 (7)2.4.5读出速度 (7)2.5数字信号的采集与存储 (7)第3章系统硬件电路的设计 (9)3.1 STC15W4K60S4系列单片机 (9)3.2 LCD12864 (9)3.3硬件系统设计 (11)第4章系统功能的软件设计 (13)4.1单片机软件开发系统 (13)4.2主程序设计及流程图 (13)4.2.1 数字存储示波器系统流程图 (13)第5章结论和展望 (15)5.1结论 (15)5.2展望 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录一 (18)第1章绪论1.1 选题的背景意义和研究现状1.1.1 选题的背景意义据IEEE的文献记载1972年英国Nicolet公司发明了世界第一台数字存储示波器，到1996年惠普科技发明了世界第一台混合信号示波器。

摘要随着计算机技术的发展，数字示波器也得到飞速发展，并给电子测量领域带来巨大变化，它能直接测量信号的幅度、频率等许多基本参数，不仅具有基本的波形显示功能，而且具有相当强的数据处理能力。

数字化测量仪器正越来越多地位用于电子、自动化、机械等各个领域。

比起模拟设备，数字化仪器有许多优点，如抗干扰能力强，数字化后的信号便于存储及输入计算机处理等。

本文详细介绍了一种以单片机和可编程逻辑器件为控制核心，用D/A,A/D 芯片和运放进行前置信号处理和数据采集，以液晶显示模块为终端显示设备的设计方案，并分析了该方案的优缺点，同时给出了硬件和软件设计的结构及思路。

关键词：数字存储示波器，单片机，可编程逻辑器件，液晶AbstractWith the development of computer technology, digital oscilloscope has been rapid development of electronic measurement and to bring about great changes in the field, it has a direct measurement of the signal range, frequency and many other basic parameters, not only has the basic waveform display function, but with a very strong data-handling capacity. Digital measuring instruments are increasingly being used to position electronic, automation, mechanical and other areas. Compared with analog equipment, digital equipment has many advantages, such as anti-interference capability, Digital signal facilitate the importation of computer storage and handling.This paper describes a microprocessor and programmable logic devices for the control of the core, with parallel connectors, etc, D chip and analog switches front signal processing and data collection, a liquid crystal display module for the terminal display device design, and analysis of the advantages and disadvantages of the program. also given pieces of hardware and less on the structure and design ideas.Keywords : Digital Storage Oscilloscope, microcontroller, programmable logic devices, liquid crystal目录第一章方案选择和确定 (4)1.1方案选择 (4)1.1.1控制器选择 (4)1.1.2数据采集 (4)1.1.3数据存储器 (5)1.1.4 幅度控制 (5)1.1.5 显示 (6)1.2方案确定 (6)第二章硬件设计 (8)2．1前级信号处理模块 (8)2.1.1 TLC7528芯片介绍 (8)2.1.2程控衰减 (9)2.1.3 放大电路 (10)2.2数据采集电路 (12)2.2.1 TLC5510介绍 (12)2.2.2数据采集电路 (15)2.3触发电路设计 (15)2.3.1触发电路作用 (15)2.3.2触发电路原理图 (16)2.4存储控制及数据处理电路 (17)2.4.1 AT89C52的简介 (17)2.4.2 EPM7128SLS84-15介绍 (18)2.4.3存储控制及数据处理电路 (21)2.5显示电路设计 (23)2.5.1 JRM19264A 介绍 (23)2.5.2 液晶驱动电路 (26)第三章软件设计 (27)3.1主程序 (27)3.2 显示程序 (28)3.2.1液晶驱动程序 (28)3.2.2波形绘制程序 (29)3.3信号采集及存储程序 (30)3.4键扫程序 (31)第四章调试 (32)4.1软件调试 (32)4.2硬件调试 (33)4.3实测波形 (33)结束语 (35)1设计体会 (35)2谢辞 (35)参考文献 (36)附录 (37)毕业设计任务书一、任务设计并制作一台简易数字存储示波器，示意图如下。

简易数字示波器的设计摘要示波器是用量最多、用途最广的测量仪器之一，是观察和测量电子波形不可缺少的工具。

传统的模拟示波器在观测周期性重复频率较高的波形方面仍然得到普遍使用，但对于不能重复出现的单次信号、持续的非周期信号以及重复频率较低的周期信号则显得无能为力。

数字存储示波器正是基于上述要求而出现的。

数字示波器是新型智能化示波器，其技术基础是数据的采集，该技术可以应用于更广泛的数据采集产品中，具有深远意义。

本论文对示波器的工作原理进行了介绍，提出了一种基于STC12C5A60S2单片机和12864点阵液晶屏的数字示波器设计方案，实现对被测信号的采样、存储以及显示；扫描频率可调，幅度可调；设置10ms/div、2ms/div、1ms/div、500μs/div、400μs/div五档扫描速度，仪器的频率范围为DC～3kHz。

其依据是利用STC12C5A60S2芯片的AD转换器对输入的模拟信号进行采样，将采样值存入缓冲区经程序处理后在LCD液晶屏上显示出对应的波形。

实验结果表明本设计电路结构简单，运算速度高，频率显示准确，可以实现快速读取，波形显示刷新速度较快。

设计中采用的模块化设计方法，提高了设计效率。

整个系统成本廉价，并且实现了数字示波器的所有功能要求，达到了较高的性能指标。

关键词：单片机，液晶显示，数字示波器，AD采样THE DESIGN OF SIMPLE DIGITAL OSCILLOSCOPEABSTRACTThe oscilloscope is one of the most widely used measuring instruments, is an indispensable tool of observation and measurement of electronic waveform. Traditional analog oscilloscope observation cyclical high repetition frequency waveform is still widely used, but for a single signal that can not be repeated, sustained non-periodic signal, and low repetition frequency of periodic signals look powerless. Digital storage oscilloscope is based on the above requirements emerge. The digital oscilloscope is a new intelligent oscilloscope, its technology is based on the data acquisition, and the technology can be applied to a wider range of data acquisition products and has far-reaching significance.The paper describes the working principle of the oscilloscope, it puts forward a solution that based microcontroller STC12C5A60S2 and 12864 dot matrix LCD screen, digital oscilloscope design to achieve the measured signal, sampling, storage and display; scanning frequency is adjustable, amplitude adjustable; set 10ms/div、2ms/div、1ms/div、500μs/div、400μs/div fifth gear scanning speed, the frequency range of the instrument for DC ~ 3kHz. It is based on the AD converter in STC12C5A60S2 chip sample the input analog signal, the sampled values are stored in the buffer, then shows the corresponding waveform on the LCD screen after procedures.Experimental results show that this design is a simple circuit structure, high-speed operation, accurate frequency display, can be quickly read, waveform display refresh rate faster. Equivalent sampling techniques used in the design, can be a good high-speed periodic signal measurements require high-speed sampling, to reduce the requirements for the A / D conversion rate, reduce thehardware cost of the oscilloscope. The modular design approach adopted in the design, improves design efficiency highly. The whole system is very cheap, and fulfills all the functional requirements of the digital oscilloscope to achieve a higher performance.KEY WORDS：Single-chip Microcomputer, LCD, Digital Oscilloscope, AD Sample目录第1章绪论 (1)§1.1 课题背景 (1)§1.2 课题研究的目的和意义 (2)§1.3 课题的主要研究工作 (2)第2章系统设计方案的研究 (3)§2.1 系统设计的总体思路 (3)§2.2 系统设计任务 (3)§2.3系统设计的原理 (4)§2.4总体方案的选定 (5)§2.4.1 方案论证 (5)§2.4.2 系统框图 (5)第3章硬件电路设计 (7)§3.1 单片机的选型 (7)§3.1.1 STC12C5A60S2的内部结构 (7)§3.1.2 STC12C5A60S2的管脚说明 (8)§3.1.3 STC12C5A60S2的时钟 (9)§3.1.4 STC12C5A60S2的复位 (10)§3.2 A/D采样 (11)§3.2.1 A/D采样的基本原理 (11)§3.2.2 STC12C5A60S2的A/D结构和操作方法 (12)§3.3 12864液晶显示模块 (14)§3.3.1液晶显示模块概述 (14)§3.3.2显示RAM (14)§3.3.3点阵LCD的显示原理 (15)§3.4信号保持电路 (16)§3.5串口通信电路 (18)§3.6键盘控制电路 (19)第4章系统软件设计 (21)§4.1 软件架构 (21)§4.2 主程序的设计 (22)§4.3 波形显示程序的设计 (23)§4.4 按键检测程序的设计 (25)§4.5 软硬联调结果 (26)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)附录 (31)第1章绪论§1.1课题背景本世纪70年代起，数字集成电路和微处理机技术获得了迅速发展，示波器也开始应用这些新技术来适应各种需要。

１、系统的硬件电路设计本系统采用ＰＣ机做上位机，５１系列单片机做下位机的主从式系统。

在主从分布式控制系统中，单片机主要完成实时数据采集，被采集数据经初步处理后通过串口传送给主机。

主机将从机发送来的数据进行处理后随时向用户提供各种统计报表和整个控制过程的具体数据。

主机同时根据从机接收的过程参数进行判断处理并给从机（单片机）发送各种控制命令。

硬件电路主要芯片的原理框图如图１。

系统采用ＡＴ８９Ｓ５２单片机作为主控芯片。

ＡＴ８９Ｓ５２是一个低功耗，高性能ＣＭＯＳ　８位单片机，片内含８ｋ　Ｂｙｔｅｓ　ＩＳＰ（Ｉｎ－ｓｙｓｔｅｍ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）的可反复擦写１０００次的Ｆｌａｓｈ只读程序存储器，器件采用ＡＴＭＥＬ公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准ＭＣＳ－５１指令系统及８０Ｃ５１引脚结构，芯片内集成了通用８位中央处理器和ＩＳＰ　Ｆｌａｓｈ存储单元。

采用ＡＤＣ０８０９作为模数转换芯片。

ＡＤＣ０８０９是ＣＭＯＳ单片型逐次逼近式Ａ／Ｄ转换器，它由８路模拟开关，地址锁存与译码器，比较器，逐次逼近寄存器，三态输出锁存器等其它一些电路组成。

因此，ＡＤＣ０８０９可处理８路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。

输入输出与ＴＴＬ兼容。

而串口电平转换芯片则采用ＭＡＸ２３２。

ＭＡＸ２３２系列芯片由ＭＡＸＩＭ基于单片机的虚拟示波器设计林霖　周瑛瑛 张志德　南方医科大学生物医学工程学院　５１０５１５公司生产，内含两路接收器和驱动器。

其内部的电源电压变换器可以把输入的＋５Ｖ电源电压变换成ＲＳ－２３２Ｃ输出所需的±１０Ｖ电压。

采用该芯片硬件接口简单、价格适中，所以被广泛使用。

根据上面原理框图的设计思想，绘制出虚拟示波器的硬件电路图如图２。

２、单片机软件设计单片机是一款使用方便，功能齐全的可编程器件，虚拟示波器系统功能的实现，除了要求正确的硬件电路，还需要性能优越的软件驱动。

单片机软件设计主要是实现Ａ／Ｄ数据采集，以及及时的把采集到的数据通过串口发送到ＰＣ终端。

摘要示波器是设计制造和维修电子设备必不可少的一种硬件设施，在多个领域都有广泛的应用。

近年来微型集成电路和计算机信息都有着稳固的发展和提升，也就使得示波器也有了一定技术层次上的提高，逐渐开始被应用到了很多领域。

本次的设计方案主要是制作一个简易的数字示波器，主要研究的方向是硬件设施的选用以及有效构成，配合的软件程序的编写这两大部分。

硬件设施主要选用的是A/D转换设备，运行时间短，设备准确程度高，选用的是单片机at89c52和At89c51，有效的提高设备的运行速率，在同等状态的工作时间下，能够高质量高速度的完成作业。

数据最终的呈现效果选用液晶设备，能够有效地展现呈现效果，并且简单易识别，数据频率的显示设备也非常便捷。

有效的实现了数据的采集和读取，提高准确程度。

AbstractOscilloscope is an indispensable hardware facility for the design, manufacture and maintenance of electronic equipment, which is widely used in many fields. In recent years, micro-integrated circuits and computer information have developed and improved steadily, which makes the oscilloscope have also improved at a certain technical level, and gradually began to be applied to many fields.The design of this project is mainly to make a simple digital oscilloscope, the main research direction is the choice of hardware facilities and effective composition, with the compilation of software program these two parts. Hardware facilities mainly choose A/D conversion equipment, which has short running time and high accuracy. The micro-integrated circuits connected with AT89c52 and AT89c51 are selected to effectively improve the operation speed of the equipment. Under the same working time, it can complete the operation with high quality and high speed. The final display effect of data is LCD device, which can effectively show the presentation effect, and is easy to identify, and the display device of data frequency is also very convenient. Effective realization of data acquisition and reading, improve accuracy.Key Words: SCM ; Real-time sampling; Waveform; Frequency关键词：单片机；实时采样；波形；频率目录前言 (6)1.1选题的背景意义和研究现状 (6)1.1.1选题的背景和意义 (6)1.1.2国内外研究现状 (6)1.2 本设计所要实现的目标 (6)1.3 设计内容 (7)1.4 本章小结 (7)第二章单片机简易数字示波器的系统设计 (8)2.1简易数字示波器的基本原理 (8)2.1.1 简易数字示波器的组成 (8)2.2简易数字示波器的运作方式 (8)2.2.1简易数字示波器的功能 (8)2.2.2简易数字示波器驱动方式 (8)2.3简易数字示波器的特点 (9)2.4本章小结 (9)第三章单片机简易数字示波器硬件设计与实现 (7)3.1 频率测量及显示电路的硬件设计 (7)3.1.1 测频电路总体构成 (7)3.1.2 信号调理电路设计 (7)3.1.3 数码管显示模块 (9)3.1.4 数码管显示驱动模块 (9)3.2 幅度测量及显示模块的硬件设计 (10)3.2.1 显示电路总体结构 (15)3.2.2 单片机外围电路设计 (16)3.2.3 信号波形采集模块 (17)3.2.4 显示模块 (17)3.2.5 电源设计 (18)3.3 本章小结 (10)第四章系统软件设计 (39)4.1 测频系统软件设计 (39)4.2 显示系统软件设计 (40)4.3 信号采集系统软件设计 (41)4.4 本章小结 (41)第五章调试及仿真 (42)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)附录 (46)1 前言1.1选题的背景意义和研究现状1.1.1选题的背景和意义世界上第一台示波器是阴极射线管示波器，他诞生于1897年，至今还被许多德国人称为布朗管。

1 绪论1.1 引言由于微电子技术、计算机技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术上的应用，新的测试理论、测试方法、测试领域和新的仪器结构的出现，电子测量仪器的功能和作用发生了非常大的变化.虚拟仪器就是利用现有的计算机，加上特殊设计的硬件和软件，形成既有普通通用仪器的功能和界面,又具有强大的数据分析、处理、存储、控制等强大功能的高档低价新型仪器。

它代表了当前电子测试仪器发展的新方向。

示波器在电子测量、测试仪器中有着很广泛的应用，是观察模拟电路和数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。

根据示波器组成原理的不同，可分为模拟示波器和数字示波器。

模拟示波器具有分辨率高、响应快、价格低廉等优点，在电子测量技术领域中曾得到广泛的应用。

但是由于模拟示波器所采用的模拟技术的局限性，其缺点也是非常的明显的，如：体积庞大，只能观察和分析重复的周期性信号，对慢速信号、单次或偶尔出现的高速、高频信号，难以观察和分析，而且不能用来观察触发前的信号的波形等。

并且在很多测量场合下，不仅要对被测信号进行定性分析，还要进行定量的分析，如需要测量信号的周期、频率、峰－峰值等。

模拟示波器要完成这些功能，就需要增加专用的电路，而使得价格大大增加。

随着数字电路、大规模集成电路和微处理器技术的快速发展，尤其是高速模/数（A/D）转换器及存储器（RAM）技术的高速发展，出现了数字示波器。

它把模拟信号数字化，存储于半导体存储器中，主要是用于捕获和存储单次或瞬变信号。

这种数字存储示波器有着许多独特的优点和功能，能够采集、观测、处理、存贮信号。

与传统模拟示波器相比，数字示波器有以下两个突出的优点：（1）尤其适合用来捕获、观测非重复性的瞬态单次脉冲信号、随机信号或变化缓慢的信号，并能将被测信号长久的保存下来；（2）具有负延迟触发这是数字示波器所具有的独特的功能，可以观测触发信号到来之前的一段信号波形，这种功能在电路的故障诊断和电子器件的性能检测中是很有必要的，在电气、电子、机械、试验分析、生物医学、国防科研和生产过程等各个科研生产领域中，虚拟数字示波器有着广泛的应用，并成为了近年来发展速度最快的新型仪器之一。

这是一款采用ST C8A8K MC U制造的简单示波器，只有零星组件，易于成型。

这些功能可以涵盖简单的测量：该作品主要的规格如下：•单片机：STC8A8K64S4A12 @27MHz•显示屏：0.96“ OLED，分辨率为128x64•控制器：一个EC11 编码器•输入：单通道•秒/秒：500 毫秒、200 毫秒、100 毫秒、50 毫秒、20 毫秒、10 毫秒、5 毫秒、2 毫秒、1 毫秒、500us、200us、100us100us( 仅在自动触发模式下可用)•电压范围：0-30V•采样额定值：250kHz @100us/格所有操作均由E C11编码器完成。

输入包括单击，双击，长按，旋转和旋转时按。

这似乎有点复杂，不用担心，下面有细节。

该编码器的资源几乎已经耗尽。

如果有新功能，可能需要额外的输入组件。

主界面- 参数模式•单击编码器：运行/停止采样。

•双击编码器：进入波形滚动模式。

•长按编码器：进入设置界面。

•旋转编码器：调整参数。

•按下时旋转编码器：在选项之间切换。

•切换自动和手动量程：连续顺时针旋转编码器以进入自动量程。

逆时针旋转编码器以进入手动范围。

主界面- 波浪滚动模式•单击编码器：运行/停止采样。

•双击编码器：进入参数模式。

•长按编码器：进入设置界面。

•旋转编码器：水平滚动波形。

（仅在采样停止时可用）•按下时旋转编码器：垂直滚动波形（仅在采样停止时可用）设置界面•单击式编码器：不适用•双击编码器：不适用•长按编码器：返回主界面。

•旋转编码器：调整参数。

•按下时旋转编码器：在选项之间切换。

功能•触发电平：对于重复信号，触发电平可以使其在显示屏上稳定。

对于单发信号，触发电平可以捕获它。

•触发斜率：触发斜率确定触发点是在信号的上升沿还是下降沿。

触发模式：▪自动模式：连续扫描。

单击编码器可停止或运行采样。

如果触发，波形将显示在显示屏上，触发位置将放在图表的中心。

否则，波形将不规则地滚动，并且显示屏上将显示“Fail”。

本科生课程设计题目：基于单片机的简易数字示波器题目来源：□省部级以上□市厅级□横向□自选题目性质：□理论研究□应用与理论研究□实际应用研究学院：信息工程学院系：自动化专业班级：学生姓名：学号：起讫日期：指导教师：职称：指导教师所在单位：学院审核（签名）：审核日期：二0 年制目录1、设计原理概述.................................................1.1设计背景.....................................................1.2设计原理框图..................................................2 硬件的设计.....................................................................2.1.最小系统的设计.........................................2.1.1最小系统的电路设计................................2.1.2单片机STC89c52介绍........................................2.2 采样设计2.2.1 采样电路设计.......................................2.2.2 ADC0809介绍....................................2.3显示设计2.3.1 显示电路设计。

....................................2.3.2 12864液晶介绍..........................................3.软件设计..................................3.1程序流程图...............................3.2 采样程序设计与分析................3.3显示程序设计与分析...................4.仿真............................4.1 Proteus仿真软件介绍..........................4.2 矩形波仿真.....................................4.2三角波仿真....................................4.3正弦波仿真.............................5.设计总结................................6.参考文献...........................................7.附录......................................1设计原理概述1.1、设计背景示波器被广泛应用于各个领域。

单片机简易示波器论文摘要：本文详细介绍了基于单片机的简易示波器的设计与实现。

通过对单片机的编程和外围电路的搭建，实现了对输入信号的采集、处理和显示。

文中阐述了系统的工作原理、硬件设计、软件算法以及实际测试结果，该简易示波器具有成本低、易于实现和便于携带等优点，适用于一些简单的电子测量场合。

一、引言示波器是电子测量领域中常用的仪器之一，它能够直观地显示电信号的波形、幅度、频率等参数，对于电子电路的设计、调试和故障诊断具有重要的作用。

然而，传统的示波器价格昂贵，体积较大，不便于携带和使用。

因此，设计一款基于单片机的简易示波器具有一定的实用价值。

二、系统工作原理本简易示波器的工作原理是通过单片机的 ADC（模数转换器）对输入的模拟信号进行采样，将其转换为数字信号，然后通过软件算法对数字信号进行处理和分析，最后将处理结果显示在液晶显示屏上。

三、硬件设计（一）单片机选择选用了常见的 STM32 系列单片机，其具有丰富的资源和较高的性能，能够满足系统的需求。

（二）ADC 模块单片机内部集成了 ADC 模块，用于对输入信号进行采样。

为了提高采样精度，采用了 12 位的 ADC 分辨率。

（三）输入调理电路由于输入信号的幅度可能较大，需要通过输入调理电路将其衰减到ADC 的输入范围之内。

输入调理电路由电阻分压网络组成。

（四）液晶显示屏选用了一块分辨率适中的液晶显示屏，用于显示示波器的波形和相关参数。

（五）电源模块采用了稳定的电源芯片为系统提供所需的电源。

四、软件算法（一）采样算法采用了定时中断的方式进行采样，通过设置合适的采样频率，保证能够准确地采集到输入信号的特征。

（二）数据处理算法对采集到的数据进行数字滤波、幅度计算和频率测量等处理。

数字滤波采用了中值滤波算法，有效地去除了噪声干扰。

（三）显示算法将处理后的数据转换为液晶显示屏的显示格式，实现波形的实时显示。

五、系统调试与测试（一）硬件调试首先对硬件电路进行了检查，确保各个模块的连接正确无误。

基于单片机的简易示波器设计报告
一、设计内容
DA 转化模块0809是8位8通道逐次逼近式A/D 转换器，CMOS 工艺，可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100us 左右。

OCM12864 液晶显示模块是128×64 点阵型液晶显示模块，可显示各种字符及图形，可与CPU 直接接口，具有8 位标准数据总线、6 条控制线及电源线，采用KS0108 控制IC 。

二、设计框图
三、硬件设计
硬件电路图如下，其中外围接口电路除0809和12864外都在CPLD 内部。

采集0809转换的
数据 数据的简单处理和显示模式选择 数据显示
四、软件设计
软件设计采用KEIL编译器，用C语言编写，较汇编语言，C51可读性好，便于模块化。

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)下位机设计 (4)sbit convst=P0^0;统调试 (6)硬件调试 (6)软件调试 (6)软硬联调 (7)7.实验结果与误差分析 (7)8.实验小结及体会 (8)科技学院 (9)本科毕业论文（设计）管理办法 (9)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++ 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+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），+(AD7862-3)和（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+参考电压或者由外部提供参考电压;；6、单一电源工作。

单片机设计论文院 (系):机械工程学院班级：10机制2班学生姓名：陈艺文导师姓名:海深一、单片机历史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。

1、SCM即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer）阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构.“创新模式"获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。

在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

2、MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力.它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。

从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素.在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司. Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS—51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。

因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

3、嵌入式系统单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;因此,专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。

随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展.因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

单片机也被称为微控制器（Micro controller Unit）,常用英文字母的缩写MCU表示单片机，它最早是被用在工业控制领域.单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来.最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中.INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳.二、常用单片机芯片简介1、STC单片机STC公司的单片机主要是基于8051内核,是新一代增强型单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8～12倍，带ADC，4路PWM,双串口,有全球唯一ID号,加密性好,抗干扰强.2、PIC单片机：是MICROCHIP公司的产品，其突出的特点是体积小,功耗低，精简指令集，抗干扰性好，可靠性高，有较强的模拟接口,代码保密性好，大部分芯片有其兼容的FLASH程序存储器的芯片。

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基于单片机的简易数字示波器的设计与实现涉及到多种技能要求，包括硬件设计、软件设计、信号处理等方面的知识。

简易虚拟示波器论文摘要：数据采集系统和虚拟示波器的设计在FX2与MAX153之间采用了GPIF主模式的通信方式，并通过端点6配置了FIFO的传输方式——块传输，使4 kB的FIFO的内存设计变成了4个2级512 B内存的缓冲，符合数据转换传输过程中数据高速率传输的要求，而GPIF 的控制时钟选择的是默认时钟48 MHz。

本文主要研究通过采样保持和A/D转换电路时对模拟信号进行采集，并转换成数字信号，再通过USB接口把转换、处理后的数据传输到计算机上，并利用已经在计算机上完成的简易虚拟示波器将采集转换后的数据处理、还原。

1 总体设计拟采用的数据采集处理系统的硬件构成为：保持电路、ADC、USB 控制芯片CY7C68013和USB接口，如图1所示。

USB 主从系统结构的层次关系如图2所示。

2 硬件设计2.1 硬件电路的设计硬件电路主要是由模拟—数字转换部分、USB接口控制电路、USB 接口部分、芯片电源转换部分组成。

各部分的设计采用如下芯片：接口芯片采用Cypress公司的CY7C68013芯片；模拟—数字转换芯片采用MAXIM公司的MAX153；采用TEXAS INSTRUMENTS 公司的70351为CY7C68013供电，采用ATMEL公司的24C64作为CY7C68013的掉电程序保护芯片。

本设计中USB与主机间的数据传输采用的是批量传输。

CY7C68013采用的是GPIF主控模式。

编程是根据需要进行的，不需要CPU的干预，系统结构框图如图3所示。

由于GPIF的运算速度比FIFO快得多，因此，其时序信号具有较高的编程分辨率。

因为CY68013芯片是一个以“软件”为主的架构，其中的 8051 程序代码与数据存放在内部的 RAM 中，且主机可通过USB 总线加载程序代码和数据。

该系统的设计采用通过串行I2C总线外接EEPROM.2.2 固件设计2.2.1 端点的配置用户开发的固件是用于满足用户实现设备间数据通信的要求。

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AbstractWanting 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1 绪论 (3)1.1 简易数字存储示波器工作原理 (3)1.2 数字存储部分介绍 (3)1.3 模/数变换器和垂直分辨率 (6)1.4 时基和水平的分辨率 (7)2 方案及器件选择 (9)2.1 控制部分 (9)2.2 存储模块 (9)2.3 数据采集模块 (10)2.4 器件选择 (12)3 软件设计 (15)3.1 程序设计思路 (15)3.2 程序流程及程序编制 (16)3.3 程序介绍 (18)4 普通数字存储示波器控制机构及其存储功能 (20)4.1 预触发和后触发 (20)4.2 特殊的触发方式 (23)4.3 波形存贮 (26)5 测试结果及总结 (28)心得体会 (31)致谢 (32)参考文献 0附录1 (2)1 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。

毕业设计（论文）开题报告-简易数字示波器设计西安交通大学XX学院本科毕业设计(论文)开题报告题目简易数字示波器设计所在系电气与信息工程学生姓名 XXXXX 专业电子信息工程班级信息XXX学号 XXXXXX3 指导教师 XXXX教学服务中心制表年月本科毕业设计(论文)开题报告对题目的陈述1.结合毕业设计(论文)课题情况，根据查阅的文献资料，撰写1000字左右的文献综述:(说明选题意义、国内外研究现状、主要研究内容)数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。

数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。

还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。

目前高端数字示波器主要依靠美国技术，对于300MHz带宽之内的示波器，目前国内品牌的示波器在性能上已经可以和国外品牌抗衡，且具有明显的性价比优势, 数字示波器自上个世纪七十年代诞生以来，其应用越来越广泛，已成为测试工程师必备的工具之一。

21世纪是一个科学和技术都在飞速发展的时代，随着电子技术、计算机技术、通信技术和自动化技术的高速发展,电子测量仪器也有了巨大的发展。

数字式示波器就以其存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良的性能从而逐步取代模拟示波器。

用数字示波器能完成对信号的一次性采集，把波形存储起来，还可以通过移位操作观察波形的任何一部分等等。

数字示波器是随着数字集成电路技术的发展而出现的新型智能化示波器，己经成为电子测量领域的基础测试仪器。

随着新技术、新器件的发展，它正在向宽带化、模块化、多功能和网络化的方向发展。

数字示波器的优势是可以实现高带宽及强大的分析功能。

现在高端数字示波器的实时带宽已达到20GHz，可以广泛应用于各种千兆以太网、光通讯等测试领域。

而低端数字示波器几乎可以应用于国民经济各个领域的通用测试，同时可广泛应用于高校及职业学校的教学，为社会培养众多的后备人才。

数字示波器的技术基础是数据采集，其设计技术可以应用于更广泛的数据采集产品中，具有深远的意义。