一款简易示波器的设计方案

1、一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

2、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大功能，一是输入信号位置的变换；二是信号波形的变换。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ua74

3、1构建的阻随放大电路，信号抬升电路采用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，使信号在垂直方向上处于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，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

4、，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，只来读取数据以显示，硬件电路设计如图3所 示。2.3液 晶显示 试验中波形的显示是借助Ms1286

5、4R,采用8 位 并行数据处理，利用了液晶的打点功能，数据采集的先后顺序 体现在液晶的横轴上面，也就是波形显示的时间先后，而数据值 的大小则体现在液晶的纵轴上面，也就是波形的幅度体现。由于 采用FIFO,所以先米样的点后显示，这是波 形显示的核心，如图 4所示。12864主要有4个编程端口，RS （数据命令选择），RW （读写选择），EN （使能端）以及PSB （串 并选择），电 路连接中分别接到单片机的某一 I/O 口上。2.4按键电路 本设计需要按键较少，因为设计要求X方向能够 设置10us/div,20us/div,40us/div三档水平扫描速度，Y方向 能够设置0.5V/div、1V

6、/div二档垂直灵敏度，加之幅度和频 率的测量，所以本设计要6个独立按键就够了。3软件部分3.1总体程序框图总体程序框图如图5所 示。3.2测量频率流程图测量频率流程图如图6所示。本设计 频率测量是基于计数法和测周期法混合使用。其基本思想就是先 测量1 s内被测信号的上升沿个数，来一个上升沿计数器加1, 为了防止计数器产生溢出，设计中将1 s分成20个50 ms, 中断20次，测出信号频率，如果频 率值小于1K,则改用测周 期法。3.3液晶打点流程图打点操作是作图的基础，由于 st7920控制器的绘图RAM是一次进行两个2个字节的数据的读 写操作，也就是一次修改的是16个点的状态，而我们要想只

7、修 改一个点的状态同时不改变其余相邻15个点的状态，那只能是 先把原来位置的16个点的状态读出，使用位操作指令修改其中 一个点的状态，然后在回写到RAM中。整体的过程即是：读取- 修改（位状态）-写入。液晶画点是编程的难点与重点，需要把 液晶纵向每隔转换为电压，要把水平方向转化为时间，将波形显 示出来，其步骤如下：先确定打点的位置；其次读出该点所在 的数据值接着修改该点相应的位的值，对于单色液晶来说，只有 两种操作，一是点亮该点，另一种是熄灭该点；最后将修改后 的数据值写入对应的地址。打点流程图如图7. 3.4测试结果波 形测试结果（波形之一，其他略）频率幅度测试结果如表1所 示。4结束语本文提出的便携式数字存储示波器的设计，它采 用了 LCD显示、