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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。
基于单片机的数字示波器的设计【摘要】数字系统设计已进入一个新时代。
本文是笔者在教学工作中带领学生初步设计一种数字示波器，它是由双CPU进行控制的、能够进行彩显的嵌入式数字示波器。
【关键词】双CPU;单片机AT89C52;CPLD引言伴随着计算机的迅速发展和现代化工业控制的要求不断的提高，人们已不满足于单纯的文字操作，而是采用更真实、更形象的图形操作方式。
但由此带来的一个问题就是资源的极大浪费。
基于这个原因，本次设计了一种通过双CPU 控制、可脱离计算机的、根据接收的指令显示波形的数字示波器。
它主要由CRT 显示卡和A/D变换板组成。
以两片AT89C52单片机为微控制器，A/D板中的AT89C52单片机负责发送宏命令给CRT显卡中的单片机，其接收到命令后转至相应的程序执行，最终在屏幕上显示信号源的波形。
在本次设计中最突出的是使用了目前较为先进的CPLD（复杂可编程逻辑器件）技术，从而大大简化了电路，提高了产品的稳定性和可靠性，提高了工作效率。
1.数字示波器的工作原理示波器是最通用的电子测试仪器之一。
它的主要功能是精确复现作为时间函数的电压波形。
波形的图形可用来确定量的信息（如幅度和频率），也可用来获得其质量的信息（如波形）;示波器还可用来比较两个不同的波形，并测量它们的时间和相位关系。
根据应用范围的不同，示波器分为模拟示波器和数字示波器两类。
从概念上看，模拟示波器和数字示波器是同类仪器，它们均可完成同样的测量，都显示电压波形，只不过仪器内部使用的技术不同。
模拟示波器运用传统的电路技术，在阴极射线管上显示波形。
而数字示波器是把原来的模拟信号转换成数字形式（一串二进制数），才能进行显示或进行存储。
这意味着数字示波器是存储式示波器，因为它的波形是用数字方式存储的，因此数字示波器通常也称为数字存储示波器（DSO）。
数字示波器的输入电路和模拟示波器的相似。
前置放大器的输出信号由跟踪/存储或取样/存储电路进行取样，并有A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号变成了数字形式。
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。
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。
基于单片机的简易数字示波器的设计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学。
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 innovation of 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 functions and 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 . 32.2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.. 42.3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。
数字示波器自从上个世纪七十年代诞生以来。
应用已经越来越广泛，已成为测试工程师的必备工具。
21世纪是一个技术和科学都在飞速发展的时代，随着自动化技术、通信技术、电子技术、计算机技术的高速发展，电子测量技术也获得了巨大的发展。
数字示波器就是存储波形以及对多种信号的计算、分析、处理等优异的性能逐步取代模拟示波器。
数字示波器可以对信号进行一次性的采集，将波形存储起来，还可以通过操作波形的位移来观察波形的任何一个部分。
在测量领域示波器是最常用的电子仪器之一，但是传统的示波器都存在一定的缺点。
模拟示波器无法存储波形和监视实时信号，而示波器虽然拥有这些功能，但是却价格昂贵，而且都存在体积过于笨重、操作过于繁琐、不方便携带、耗电量大与不便于现场测试等缺点，给实际应用带来了相当多的不便。
为了将书本上的专业知识运用到实际当中，而且了解到作为电子仪器将来有非常广阔、巨大的发展空间，所以我选择了数字存储示波器这个毕业设计题目。
1.1.2 国内外研究现状从示波器发明至今，微处理技术和数字集成电路得到了迅速发展，示波器也已经开始融合这些技术了来使用各种需要。
经过几十年的发展，示波器由电子管发展到晶体管，又发展到集成电路；由模拟电路发展到数字电路；由通用示波器发展到取样、数字、逻辑、记忆、存储、智能化示波器等十大系列、几百样品种。
美国Tektronix公司建立于1947年，已经有了9大系列，100多种产品，产品遍及全球，已经是是世界公认的示波器权威。
目前主要的生产厂家是美国的安捷伦公司、泰克公司、力科公司、台湾的固纬公司、国内的中国电子科技集团第41研究所和北京普源精电公司等。
自1951年以来，我国在示波器生产研发方面也取得了非常大的进展，现在已经可以生产宽带、记忆、高灵敏度、逻辑、数字存储等各类示波器，而且一些种类示波器的主要技术指标已1经达到国际先进水平。
在20世纪30年代是电子示波器时代，1985年示波器宽带达到了100MHz。
20世纪50年代是晶体管示波器阶段，由于采用了晶体管元件，示波器宽带突破了100MHz达到了150MHz，在1969年又达到了300MHz。
20世纪70年代是集成化示波器阶段，集成电路技术实现了示波器的小型化和高性能、高准确性。
1971年问世的微处理器，让示波器的宽带达到了500MHz，1979年达到了1GHz的高峰。
1972年第一台数字示波器问世，它对示波器的发展产生了巨大的影响。
1973年同时出现了逻辑定时分析仪和逻辑状态分析仪标志着示波器测量已经跨入了数领域。
1974年发表的带微处理器的示波器，预示着示波器的发展进入了一个崭新的阶段。
80年代以来，示波器正朝着智能化、数字化飞速发展，示波器的技术日新月异，新的产品层出不穷。
1.2 设计的任务和要求1.2.1设计的主要任务数字存储示波器是利用模/数转换器(A/D)把被测模拟信号转换成数字信号,然后存入随机存储器(RAM)中,需要显示的时候将RAM中的内容调出,通过相应的数/模转换器(D/A)在恢复为模拟信号显示在示波器屏幕上,便于人们记录、观察波形，而且可以将获得的信息进一步的处理、分析。
所以要求设计能对被测信号进行采集、存储和显示，扫描频率可调，波形无明显失真，设计硬件控制电路，画出硬件设计原理图，编写相应的控制软件，并进行对信号的实际测试与调试。
1.2.2 设计的基本要求设计的需求是利用单片机进行控制，基于51单片机和液晶显示的示波器。
适合-5V—5V信号的采集，频率测量0—10000Hz，频率误差小于0.1%，宽带可达到0—10KHz，电压测量范围0V—5V，精度为0.1V，液晶显示使用LCD12864，触发电平（+/-），耦合方式有交流耦合和直流耦合，可以识别正弦波、三角波、方波。
第2章数字存储示波器的基本原理2.1数字示波器的基本原理2.1.1 数字存储示波器的组成原理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。
