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基于单片机的简易数字存储示波器设计目录1. 内容概览 (2)1.1 设计背景 (2)1.2 设计目的 (3)1.3 设计内容 (4)2. 系统硬件设计 (4)2.1 单片机选择与配置 (6)2.2 存储示波器模块设计 (6)2.2.1 存储器模块选型 (7)2.2.2 存储器模块连接方式 (8)2.2.3 存储器模块驱动程序设计 (9)2.3 示波器模块设计 (11)2.3.1 示波器模块选型 (12)2.3.2 示波器模块连接方式 (14)2.3.3 示波器模块驱动程序设计 (15)2.4 电源模块设计 (16)2.5 外围电路设计 (18)3. 系统软件设计 (19)3.1 系统总体架构设计 (20)3.2 存储器模块驱动程序设计 (21)3.3 示波器模块驱动程序设计 (22)3.4 系统主循环设计 (23)3.5 其他功能模块设计(如触发、缩放等) (24)4. 系统调试与测试 (26)4.1 硬件调试 (27)4.2 软件调试 (28)4.3 系统性能测试与分析 (30)5. 结论与展望 (31)5.1 项目总结 (32)5.2 不足与改进方向 (33)5.3 进一步研究方向 (34)1. 内容概览本文档旨在详细描述一款基于单片机的简易数字存储示波器的设计方案。
数字存储示波器是一种能够捕获、存储并回放电信号波形的仪器，常用于电路设计与测试，计算机接口测试以及电信号分析等领域。
通过本文档的描述，读者将获得关于如何设计一款基于单片机的简易数字存储示波器的全面技术指导。
1.1 设计背景电子测量的普及化需求:当前社会对电子测量设备的需求不断上升，尤其在学术教学和实践应用场合中。
简易数字存储示波器的出现能够进一步推广电子测量技术的应用，为广大的研究人员、学生和实践工程师提供一个操作简便、成本低廉的测量工具。
单片机技术的成熟发展:单片机技术的不断进步为设计高性能的简易数字存储示波器提供了可能。
单片机具备处理能力强、功耗低、集成度高以及易于开发等特点，使其成为实现数字存储示波器设计的理想选择。
基于AT89S52单片机的简易数字示波器设计刘杨斌;刘其峰;华慧【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)014【摘要】A design proposal of simple two-channel digital oscilloscope is introduced. Taking the AT89S52 micro- controller as the control, processing the input signal by preprocessing circuit, and via a high-speed A/D converter ADC0809 to realize the real-time signal sampling, data processing, storage and display on the LCD and set functions by using keyboard. The design has been achieved a storage and re-display of waveform. comparison of dual-channel signal in real-time, and sensitivity improvement by program-controlled amplification. Test results show that the design of the system is stable, has high frequency measurement, clear waveform, high reliability, low cost, and high practical value.%介绍一种双通道简易数字示波器的设计方案,以AT89S52单片机作为控制核心,输入信号在经过预处理电路处理后,通过高速A/D转换器ADC0809,实现信号的实时采样、数据处理、存储并在液晶上显示,并用健盘做功能设置.该设计创新地实现了波形的存储/回放、双通道信号实时对比分析、程控放大提高灵敏度等方面.测试结果表明该系统德定,其有测量频率高、波形清晰、可靠性高、成本低等特点,有很高的实用价值.【总页数】3页(P138-140)【作者】刘杨斌;刘其峰;华慧【作者单位】南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏,南京,210044;南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏,南京,210044;南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏,南京,210044【正文语种】中文【中图分类】TN911-34【相关文献】1.基于AT89S52单片机的简易计算器设计与仿真 [J], 徐昆良2.基于AT89S52单片机与AD0804的数字示波器设计 [J], 王文理;武晋;刘志强3.基于AT89S52单片机的简易智能小车的设计 [J], 廖天发;曹建忠;陈永源4.基于MSP430单片机及FPGA的简易数字示波器 [J], 高翠云; 马鸣池; 尹扬扬; 王昊龙5.基于单片机微控制器的简易数字示波器设计 [J], 刘伟;丁雷;许婷;卢传涛;杨世江;汤东东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
基于单片机的数字存储式示波器设计与实现摘要本文介绍了基于单片机的数字存储式示波器的设计与实现。
数字存储式示波器是一种用于观察电信号波形的测量仪器，具有易于操作、灵敏度高以及方便存储和分析数据等特点。
文章首先介绍了数字存储式示波器的工作原理和基本组成部分，然后详细描述了单片机的选择和其在示波器中的应用。
接着，给出了数字存储式示波器的电路设计和PCB布局设计，并介绍了常见的示波器控制算法的实现方法。
最后，通过实际测试和验证，验证了数字存储式示波器的性能和准确度。
引言数字存储式示波器是一种用于测量和观察电信号波形的仪器，它通过将模拟信号转换为数字信号，并存储在存储器中进行处理和显示。
相比于模拟示波器，数字存储式示波器具有许多优势，如灵敏度高、易于操作以及能够方便存储和分析数据等。
本文将介绍基于单片机的数字存储式示波器的设计与实现。
首先，我们将详细介绍数字存储式示波器的工作原理和基本组成部分。
接着，我们将选择适合示波器设计的单片机并介绍其在示波器中的应用。
然后，我们将给出数字存储式示波器的电路设计和PCB布局设计，并介绍常见的示波器控制算法的实现方法。
最后，我们将通过实际测试和验证，验证数字存储式示波器的性能和准确度。
数字存储式示波器的工作原理和基本组成部分数字存储式示波器主要由以下几部分组成：模拟前端、A/D转换、存储器、信号处理和显示等。
•模拟前端：模拟前端用于对输入的模拟信号进行条件处理和放大，保证信号能够适合于A/D转换。
•A/D转换：A/D转换将模拟信号转换为数字信号，该数字信号将被存储在存储器中进行后续的处理和显示。
•存储器：存储器用于存储A/D转换后的数字信号，存储的容量决定了可存储的波形数据长度。
•信号处理：信号处理主要包括波形处理、触发处理和数据分析等。
波形处理用于对存储的数字信号进行加权平均和去噪处理，以提高显示效果；触发处理用于选择合适的触发条件，确保波形的稳定显示；数据分析用于对存储的波形数据进行进一步的分析和处理。
目录（一）实训内容 (1)（二）实训目的 (1)（三）数字示波器原理 (1)1.机型介绍 (1)1.1.整体介绍 (1)1.2.功能简介 (1)2．本机参数介绍 (2)3.基本原理 (3)3.1.硬件总体框图 (3)3.2.耦合方式选择电路 (3)3.3灵敏度选择电路① (4)3.4.电压跟随器 (5)3.5.灵敏度选择电路② (5)3.6.信号调理电路 (6)3.7.触发电路 (7)3.8.档位控制电路 (7)3.9.去耦合电路 (8)3.10.电源供电电路 (8)3.11.单片机接口电路 (9)4.元器件功能与检测 (10)4.1.STM32F103Cx单片机 (10)4.2.TL084运算放大器 (10)4.3.LM7805三端稳压集成电路 (11)4.4.LM7905三端稳压集成电路 (11)4.5.LM11173.3三端稳压集成电路 (11)5．PCB版 (11)（四）数字示波器的组装 (11)（五）数字示波器的调试 (12)（六）小组分工 (13)（七）实训心得 (13)（八）参考文献 (14)（九）附录 (15)（一）实训内容1.利用套件中各种电子元器件/模块组装数字示波器。
2.学习数字示波器原理与系统组成。
（二）实训目的1.理解数字示波器内部组成结构和工作原理。
2.学习数字示波器的组装、调试、维修以及升级方法。
3.锻炼学生动手与实践能力。
（三）数字示波器原理1.机型介绍1.1.整体介绍：DSO138数字示波器采用9V电源供电，以STM32F103Cx单片机为核心处理器，具有将信号数字化后再建波形，记忆、存储被观测信号的功能，还可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。
采用彩色TFT LCD屏幕，使示波器灵敏度、可视度得到很大的提高，并留有USB端口可供二次升级开发。
总体来说DSO138示波器具有体积小、重量轻，便于携带，操作方便，能自动测量波形的频率、周期、峰峰值、有效值、最大值、最小值等特点。
单片机实例分享，自制数字示波器示波器是最常用的电子测量仪器之一，它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像。
为了携带方便，我曾经做过一台简易数字示波器(见图22.2)，材料成本只有150元左右，这台数字示波器的设计思想是：简单实用，价格低廉，容易制作。
主要性能指标：最高采样率：20MSa/s模拟带宽：4MHz输入阻抗：1MΩ垂直灵敏度：0.01V/div～5V/div(按1-2-5方式递进，共9挡) 水平扫描速度：1.5µs/div～6ms/div(按1-2-5方式递进，共12挡)垂直分辨率：8位显示屏：2.4 英寸TFT320×240(驱动控制芯片：ILI9325)测量时能同时显示信号的频率、电压峰峰值，具有信号保持(HOLD)功能。
图22.2 自制的简易数字示波器电路工作原理图22.3 数字示波器结构框图我们知道，模拟示波器是用阴极射线示波管(CRT)显示被测信号波形的，而数字示波器是采用LCM(LCD显示模块，含LCD及显示驱动控制芯片)显示被测信号波形。
因为LCM的每一个显示像素都对应一个地址，地址要用数据表示，每一个像素的颜色也是用数据表示的。
因此电路向LCM发送的是数据编码信号，这就决定了它和模拟示波器的电路结构不一样。
本文介绍的数字示波器的结构框图如图22.3所示。
它由垂直输入电路、A/D转换电路、数字信号处理与控制电路、液晶屏显示电路、电源电路等部分组成。
图22.4 数字示波器电路原理图输入的电压信号经垂直输入电路放大，以提高示波器的灵敏度和动态范围。
对输出的信号取样后由A/D 转换器实现数字化，模拟信号变成了数字形式存入存储器，微处理器对存储器中的数据根据需要进行处理，最终在显示屏上显示测量波形和相关的参数，这就是数字存储示波器的工作过程。
数字示波器的电路原理图如图22.4所示，下面分别对各单元电路进行介绍。
表22.1 垂直灵敏度和K1～K5的对应关系1. 垂直输入电路垂直输入电路由双运算放大器LM6172和衰减电路等部分组成。
基于单片机的简易示波器设计一、系统结构和工作原理1.1 系统结构该系统设计方案是以AVR单片机为核心，再加上前端信号调理电路、键盘控制、LCD 显示构成的简易示波器，其系统结构框图如图l所示。
1.2 工作原理系统的主控芯片是AVR系列单片机ATmega16，单片机内部自带一个10 bits精度的逐次逼近型模数转换器，内建采样/保持电路。
ADC的时钟是可编程的，触发源选择为定时器/计数器0溢出；ATmega16的定时器的时钟源也是可编程的，这样就可以通过控制定时器/计数器0溢出中断频率来控制ADC的采样频率。
二、硬件设计2.1 信号调理电路信号调理电路要完成的功能是：程控放大，叠加直流分量。
程控放大的作用是：当输入信号的幅度很小的时候就需要对输入信号进行放大，使得被测信号可以在LCD上尽可能清楚的显示出来。
叠加直流分量的作用是：ATmega16自带的A/D是单电源的，没办法输入负压而待测信号又往往有负压。
这时候就需要一个可以把负压抬高到0电平以上的电路，如图2。
R1、R2分别由一个模拟开关CD4051来连接不同的电阻实现程控放大功能；可调电阻R9用来设置信号调理电路加入的直流分量的大小；放大后的信号和直流分量最后由U3模拟加法器叠加后输出。
三、软件设计系统软件设计主要分为主程序模块、触发模块、显示模块和A/D转换采样及频率控制模块。
图2 信号调理电路 3.1 主程序模块系统在一次采样未完成之前，只查询键盘。
按下按键进行相应操作，如无键按下则继续查询键盘，直到采样完成为止。
采样完成后触发数据，只从数据里取出符合显示要求的数据并将波形显示在LCD 上，进入下一次采样，如此循环。
图3为系统主程序工作流程。
图3 简易示波器系统程序流程图3.2 触发模块采用硬件触发功能会增大系统硬件电路的复杂度，因此采用软件实现方式。
一个周期的正弦波同一电压值对应两个不同的波形位置(除去最大值与最小值)。
先找一个比触发电平小的电压，在此基础上再找与触发电平相同或更大的电压就可以判断出大于或等于触发电平的Y NYN开 始系统初始化开机动画键盘扫描及功能采样完毕？数字触发清波形显示区数据运算及显 示波形循环幅度等于 最大值？程控放大器放大倍数下降一级数据就是上升沿的触发点。
数字示波器毕业设计篇一：基于单片机的数字示波器设计摘要示波器是电子测量中一种最常用的仪器，被广泛应用于各个领域。
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，示波器也从模拟示波器向数字示波器发展。
同模拟示波器相比，数字示波器具有很多优点，并开始逐步取代模拟示波器，成为市场上的主流。
本文主要完成了简易数字示波器的设计，包括硬件设计和软件设计两大部分。
硬件设计上，信号波形采集采用的是12位逐次逼近型A/D转换器AD574A，转换时间为时间为25US，转换精度小于等于0.05%。
控制器选用AT89C52及AT89C51两个单片机，解决了一般示波器使用一片单片机，运行速度明显不足的问题。
波形显示部分采用液晶显示模块，具有简单易实现、显示效果好等优点。
频率显示部分采用的是6位数码管显示，简单易行。
Proteus仿真表明，该设计运算速度明显提高。
频率显示准确，可以实现快速读取。
该示波器可以实现对模拟带宽为0.1KHz～20KHz的模拟信号的波形好频率的实时显示。
关键词：单片机；实时采样；波形；频率AbstractAn oscilloscope is electronic measurementinstrument, the most commonly used widely applied in various fields. With microelectronics and computer technology rapid development from analogue oscilloscope, oscilloscope to digital oscilloscopes development. Compared with analogue oscilloscope,digital oscilloscopes start has many advantages, and gradually replacing analogue oscilloscope, become the mainstream in the market.This paper has completed the design of simple digital oscilloscopes, including hardware design and software design. The hardware design, the signal waveform sampling by 12 successive approximation of the A/D converter AD574A conversion time, for time is less than or equal to 25US conversion, precision 0.05%. Controller chooses AT89C52 and single-chip microcomputer, solve the two AT89C51 single-chip microcomputer, a commonly used oscilloscope shortage problem running speed. Waveform display part adopts LCD module is simple and easy to realize and shows good effect, etc. Frequency display part adopts is six digital display, simple tube.Proteus simulation shows that the design speedincreased significantly. Frequency display correctly, can achieve rapid read. This can make the oscilloscope bandwidth for 0.1~20KHz to simulate the analog signal waveform 20KHz frequency of good real-time display.Keywords:SCM ; Real-time sampling； waveform；frequency目录前言 ................................................ . (1)1 数字示波器 (3)1.1 数字示波器 (3)1.2 本设计所要实现的目标 (4)1.3 设计内容 (4)2 系统设计 ................................................ (5)3 数字示波器的硬件设计与实现 (6)3.1 频率测量及显示电路的硬件设计 (6)3.1.1 测频电路总体构成 (6)3.1.2 信号调理电路设计 (6)3.1.3 数码管显示模块 (9)3.1.4 数码管显示驱动模块 (10)3.2 幅度测量及显示模块的硬件设计 (11)3.2.1 显示电路总体结构 (20)3.2.2 单片机外围电路设计 (22)3.2.3 信号波形采集模块 (24)3.2.4 显示模块 (27)3.2.5 电源设计 (30)4 系统软件设计 (31)4.1 测频系统软件设计 (31)4.2 信号采集系统软件图 (33)4.3 波形显示系统软件设计 (34)5 调试及仿真 ................................................366 结论 ................................................ (38)致谢 ................................................ (39)参考文献 ................................................ . (40)附录一：系统总体接线图 (41)附录二：频率测量子系统流程图 (42)附录三：信号显示子系统流程图 (43)附录四：频率测量系统程序清单 (44)附录五：波形显示系统程序清单 (48)前言示波器是现代电子测量中最常用的仪器，它是一种可以用来观察、测量、记录各种瞬时电压，并以波形方式显示其与时间关系的电子仪器。
