简易数字存储示波器设计的报告

1、.简单的数字存储示波器设计报告摘要本作品是以MSP430F169和MSP430F149芯片为主控制器，以LCD12864液晶屏和1602液晶屏为显示模块制作的简易数字存储示波器。显示，并可显示被测波形的峰峰值、有效值和频率等相关特性。关键词：MSP430 LCD液晶屏调理电路 AD转换采样目录 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc265248639 前言 PAGEREF _Toc265248639 h HYPERLINK l _Toc265248639 1 HYPERLINK l _Toc265248645 二、作品设计要求 HYPERLINK l _Toc2652

2、48645 1 HYPERLINK l _Toc265248651 三 整体方案设计 HYPERLINK l _Toc265248651 2 HYPERLINK l _Toc265248652 3.1 HYPERLINK l _Toc265248652 方案对比2 HYPERLINK l _Toc265248653 3.2 HYPERLINK l _Toc265248653 选项 4 HYPERLINK l _Toc265248654 3.3 HYPERLINK l _Toc265248654 整体方案设计参数计算 HYPERLINK l _Toc265248654 4 HYPERLINK l

3、 _Toc265248658 四电路单元模块设计 HYPERLINK l _Toc265248658 4 HYPERLINK l _Toc265248659 4.1 HYPERLINK l _Toc265248659 MCU主控芯片电路模块 HYPERLINK l _Toc265248659 4 HYPERLINK l _Toc265248660 4.2 HYPERLINK l _Toc265248660 液晶显示电路模块 HYPERLINK l _Toc265248660 64.2.1 HYPERLINK l _Toc265248661 LCD12864液晶模组特点 HYPERLINK l

4、_Toc265248661 6 HYPERLINK l _Toc265248662 4.2.2 HYPERLINK l _Toc265248662 LCD HYPERLINK l _Toc265248662 芯片管脚及功能 6 HYPERLINK l _Toc265248663 4.2.3 LCD读写时序 HYPERLINK l _Toc265248663 6五个 HYPERLINK l _Toc265248671 辅助电源电路 HYPERLINK l _Toc265248671 7六 HYPERLINK l _Toc265248672 程序软件第 HYPERLINK l _Toc265248

5、672 9部分6.1 软件设计流程图.96.2 部分程序代码. 10七件作品的调试与测试. 12八项测试数据统计与分析138.1 测试数据统计. 138.2 试验数据分析与结论13九件电路图PCB制作14十幅作品实拍图. 15前言数字示波器是一种应用广泛的电子测量仪器。与传统的模拟示波器相比，数字存储示波器不仅具有波形存储、体积小、功耗低、使用方便等优点，而且具有强大的实时信号处理和分析功能。它越来越广泛地用于电子和电信实验室。如今，由于数字集成电路技术的发展而出现的新型智能示波器已成为电子测量领域的基本测试仪器。随着新技术、新设备的发展，正朝着宽带化、模块化、多功能化、网络化的方向发展。数字

6、存储示波器的优点是可以实现高带宽和强大的分析功能。现在高端数字存储示波器的实时带宽已达到20GHz ，可广泛应用于千兆以太网、光通信等各种测试领域。低端数字存储示波器可用于国民经济几乎所有领域的通用测试，可广泛应用于高等院校和职业学校的教学，为社会培养了众多后备人才。数字存储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，具有深远的意义。二 设计要求需要设计一种基于单片机的具有遥控功能的简单数字存储示波器。具体要求如下：(1) 输入信号范围可达010Vpp，分辨率可达0.4Vpp。(2)输入信号的频率范围可达100Hz10KHz，频率分辨率可达100Hz。（3）实时显示输

7、入波形（至少1个周期）(4) 具有波形存储功能，可存储至少一组波形，存储深度至少为一屏数据，存储的波形可以调出。(5) 实时显示输入信号的峰峰值(Vpp)、有效值(Vrms)和频率。(6) 具有遥控功能，通过遥控终端控制示波器的采样操作、停止、回放等操作。(7)自制电源。(8) 其他。 （在满足以上要求的基础上，自行增加功能或改进性能指标。例如，扩大输入信号的幅频范围，提高幅频分辨率，增加保护电路，提高对人的友好度） -电脑交互，实现远程波形数据传输等）三 整体方案设计3.1 方案比较方案一：采用430单片机作为主控芯片，对函数发生器传输的波形进行采样，将采样数据致到液晶屏实时显示。同时通过红

8、外设备进行无线传输，将波形数据传输到另一台430单片机，实时显示波形参数（频率、幅度、相位）。其电路框图如下图1所示：图1方案二：它的工作原理是：对于输入信号，先经过信号调理电路对信号进行整形滤波，然后将处理后的信号送到A/D转换器的模拟输入端，A/D的转换器将输入的模拟信号数字化，数字化的数据存储在定义的数组中。采集一帧数据后，通过一定的数字信号处理算法计算波形的相关参数，重构波形。致到液晶显示器。基于模数转换电路，将输入的模拟信号在给定的采样时钟节拍下，转换成离散的数据值，再送入两台430单片机，实现实时波形显示功能和波形相关数据分别显示。其电路框图如下图2所示：图 23.2 方案选择对于

9、方案1，效果较好，但红外无线传输电路比较复杂，程序比较繁琐；相比之下，方案二的整体思路更加清晰。分别显示波形和波形相关参数。因此，本工作采用第二种方案作为设计方案。3.3 总体方案设计参数计算在本作品的设计要求中，由于输入信号要求010Vpp，分辨率可以达到0.4Vpp，输入信号的频率范围可以达到100Hz10KHz，频率分辨率可以达到100Hz。因此，在前级调理电路中，可以使用集成运算放大器将基线和幅度调整到MSP430单片机可以采集的范围内。由于波形显示需要不失真，所以在AD采样中采用单片机的AD定时器进行采样，最大可以达到200kbps。采样数据存储在数组中，通过分配液晶屏的地址来显示波

10、形。四电路单元模块设计4.1 MCU主控芯片电路模块430单片机主控芯片模块电路图如下图所示：图3 单片机主控芯片模块电路图该模块电路主要负责接收信号的AD转换和采样，然后将得到的数据传输到12864液晶屏上实时显示。信号调理主要是对被测输入信号的幅度和偏移量进行线性处理，使信号在垂直方向处于A/D转换器的输入范围内。待测模拟信号输入数字示波器时，必须先经过相关处理才能送入ADC ，因为ADC对输入电压的幅值有一定的要求，一般为0-5V ，或者0 -2V等。对于输入的模拟信号，应根据不同的垂直灵敏度进行调整。具体来说，就是对小电压信号进行放大，对大电压信号进行衰减，使其符合ADC的输入电压范围

11、。因此，需要对不同电压电平的信号进行增益调整。当然，如果调理电路的工作效果不是很好，需要在函数发生器上适当调整波形，然后将调整后的波形致到430单片机。4.2 LCD电路模块LCD12864液晶模组的特点是：* LCD12864显示容量128 64点阵，点尺寸0.48 0.48mm2 ，点距0.04mm* 显示类型：STN蓝白模式，LED背光；工作电压：5V* 控制器为KS01074.2.2 12864液晶屏芯片管脚及功能见表1表1 液晶模块LCM12864管脚说明标签别针功能VSS1土地VDD2逻辑部分电源VO3对比度调整R/S4指令/数据寄存器读/写5读写选择信号乙6使能信号DB0-DB7

12、7-14数据线 0-7CS115左半屏片选信号CS216右半屏片选信号/RST17复位信号输出电压18负功率输出一个19背光正极20背光负极LCD模块读写时序LCD模块的读写时序如下图所示图4 LCD模块的写时序E 是使能信号，高电平有效，在 E 的下降沿锁存数据。图5 LCD接口电路LCD接口电路如上图所示，图中：电位器w1用于调节对比度； DB0-DB7为8位数据线，接AT89S52的P0.0-P0.7； CS1为左半屏片选信号，CS2为右半屏片选信号； P3.4接液晶显示器使能端； P3.1接液晶显示器的R/W端； P3.0 连接到液晶显示器的命令/数据寄存器（RS 端子）。五个辅助电源

13、电路根据交流电变为直流电的原理，设计问题可依次分为变压器电路、整流电路、滤波电路和稳压电路，其流程图如图6所示。电源变压器整流电路电源变压器整流电路滤波电路稳压电路220VVO图6 电源电路流程图系统电源电路的电路图如图7所示：图7 系统可调电源电路电路图为保证空载条件下输出电源的稳定性，R1不应高于240。取R1=200。从LM317的特性可以得到：当输出从+3到+18V可调时，计算得到R2 = 280， R V1min = 0， R V1max = 2400。事实上，不可能满足这个要求，以防在实际工作中出现错误，并预留一定的余量。因此选择R2为500电位器，所以可调500电位器可以满足R2

14、=280，RV1=2.5K的可调电位器。由于资源有限，本设计选用5.1K电位器并联一个5.1K电阻，其有效阻值为2.55K可调电位器，该值可以满足R V1max = 2400的要求。六个程序软件部分6.1 软件流程图软件设计部分主要包括主程序模块、A/D转换模块、LCD显示模块、按键处理模块。流程图如下图 8 所示。图8 软件设计流程图6.2 部分程序代码#include msp430.h#include cry12864.h#包括“.h”#define uint 无符号整数#define uchar 无符号字符#define Num_of_Results 128整数 x,y;无符号整数 YN

15、um_of_Results; /用于测试的Y坐标（12位AD值）单位 t，最大值；/*主功能* * */无效的主要（无效）/*以下六行程序关闭所有IO口*/P1DIR = 0XFF； P1OUT = 0XFF；P2DIR = 0XFF； P2OUT = 0XFF；P3DIR = 0XFF； P3OUT = 0XFF；P4DIR = 0XFF； P4OUT = 0XFF；P5DIR = 0XFF； P5OUT = 0XFF；P6DIR = 0XFF； P6OUT = 0Xff；WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD； /关闭看门狗P6DIR |= BIT2;P6OUT |= BIT2;

16、Ini_Lcd();清除_GDRAM（）；P6SEL |= 0 x04; / 启用 ADC 通道ADC12CTL0 = ADC12ON + SHT0_8 + MSC； /开启ADC，设置采样时间ADC12CTL1 =SHP + CONSEQ_2 + CSTARTADD_2； / 使用采样定时器ADC12MCTL2 = INCH_2 + EOS；ADC12IE = 0 x04； / 启用 ADC 中断ADC12CTL0 |= ENC; / 启用转换ADC12CTL0 |= ADC12SC; / 开始转换_EINT();LPM4;/实际显示X坐标而（1）；#pragma 向量=ADC_VECTOR

17、_interrupt 无效 ADC12ISR (无效)静态 uint 索引 = 0;Y索引+ = ADC12MEM2； / 移动结果如果（索引 = Num_of_Results）for(x=0;x(x%8);绘制_PM（Msk）；_NOP(); /这里设置断点观察液晶屏显示GUI_PrtPic(0, 0, 239, 319, gImage_root01);/示波器面板（背景）图像显示GUI_Line(224, 268, 224, 315, 0 xffff); / Running 和Off之间有 6 条短白线GUI_Line(184, 268, 184, 315, 0 xffff);GUI_Li

18、ne(144, 268, 144, 315, 0 xffff);GUI_Line(104, 268, 104, 315, 0 xffff);GUI_Line(64, 268, 64, 315, 0 xffff);GUI_Line(24, 268, 24, 315, 0 xffff);WaveTrackCnt = 0;GUI_PrtStr(208, 270, 耦合, 0 xfee4, 0 x0274); / “耦合”和“DC”显示GUI_PrtStr(188, 280, DC, 0 x0000, 0 xffff);GUI_PrtStr(168, 273, Volt/Div, 0 xfee4, 0

19、 x0274); / “Volt/Div”和“0.42V”显示GUI_PrtStr(148, 275, 0.42V, 0 x0000, 0 xffff);GUI_PrtStr(128, 270, 时间/格, 0 xfee4, 0 x0274); / “Time/Div”和“60uS”显示GUI_PrtStr(108, 275, 60uS, 0 x0000, 0 xffff);GUI_PrtStr(88, 274, TrigVolt, 0 xfee4, 0 x0274); / TrigVolt显示sprintf(UART0_StrBuff, %1.2fV, CH1TptVal*3.3/255);GUI_PrtStr(68, 276, UART0_StrBuff, 0 x0000, 0 xffff);GUI_PrtStr(48, 280, 反转, 0 xfee4, 0 x0274); /显示“反转”和“关闭”GUI_PrtStr(28, 283, 关, 0 x0000, 0 xffff);七部作品的调试与测试简单系统硬件的调试，通常是加载一个简单的测试程序并运行，然后用数字表或示波器观察；对于一些硬件如显示器、键盘等，可以直