采用单片机的简易工频示波器制作

2020-03-23来源: eefocus关键字:单片机  工频  示波器

  在维护应用了晶闸管(可控硅)的电力电子设备过程中,经常要用到示波器察看触发信号和输出波形,用普通示波器体积大、笨重,而且示波器外壳接地,测量强电电路有一定危险。为此笔者制作了简易工频示波器,精度低些,但能满足工频测试需要。 


    一、电路原理

  这款工频示波器电路主要由单片机、AD转换和LED点阵显示三部分电路组成,原理见下图。

 


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  电路的核心用的是飞利浦公司的单片机P89LPC901,其特点是外围电路简单,有内部7.373MHz振荡器、1KB Flash程序存储器和128字节RAM,8脚SO-8或DIP-8封装。利用其P0.4、P0.5、P1.2端口与模数转换电路ADC0832通信,采集电压信号。用P3.0、P3.1端口模拟I2C总线与PCF8574通信,扩展输出端口驱动LED点阵显示测得波形。端口P1.5用来识别示波器工作状态,高电平时为双通道,但只能采集直流信号,红色LED波形是通道1(CH0)的,绿色LED波形是通道2(CH1)的,显示效果如下图;

显示效果

  低电平时为单通道,红色LED波形是正半波,绿色LED波形是反相的负半波,显示效果如下图。电源经过78LO5稳压后再经LED降压为3.3V给单片机供电。

显示效果

  模数转换电路ADC0832的输入可在通信时选择单端输入或是差分输入。单端输入时,有两个通道CH0和CHl,输入信号范围0~+5V。差分输入时只有一个通道,但是可以在通信时选择极性,这样在采集某时间点电压时变换极性采集两次,其中一次信号极性与通道极性一致,得到信号数据,另一次信号极性与通道极性相反,得到数据为零,这样就实现了交流信号的采集,输入信号范围-5V~+5V。用78L05给ADC0832单独供电,是为了保证模数转换不受其他电路干扰。


  显示用的是两块红绿双色16×16 LED点阵MD1216,每块点阵有16个共阳管脚、16个红色阴极管脚和16个绿色阴极管脚,两块拼在一起构成32×16点阵LED显示器。驱动用的是I2C总线8位接口扩展芯片PCF8574,其输出低电平时具有大电流驱动能力,输出高电平时也能驱动LED,但电流较小,满足不了扫描显示所需大电流,电路中用三极管扩流。


  二、编程与烧写程序

工作流程

  首先确定单片机的工作流程如上图所示。电路能显示2个16×16点阵字符,见下图。在源程序中更改字符,开机显示字符1s后进入检测状态,循环采集数据显示波形,周期约为1s~2s。单通道时取波形过零后上升沿为同步触发信号,双通道时以通道1波形为准,因为是测直流电压信号,除了波形过零后上升沿外还有3个数据不变后上升和30个非零数据不变作为同步触发信号。

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  单片机端口设定为双向,而ADC0832的DI和DO端在时序上不冲突,所以连到一起接单片机P0.4端。由于显示电路表示电压大小的点阵只有16点,采集电压信号时只采集高4位就够了。ADC0832的工作时序见下图,多路器控制逻辑见附表。根据ADC0832的工作时序和多路器控制逻辑确定单片机相应引脚的输入、输出时序。

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  I2C并行口扩展电路PCF8574通过3个硬件地址引脚可寻址8个器件,电路中用了8片,刚好占用了全部地址。写地址为40H、42H、44H、46H的4片PCF8574驱动32位共阳极,写地址为48H、4AH的2片PCF8574驱动红色LED的16个阴极,写地址为4CH、4EH的2片PCF8574驱动绿色LED的16个阴极。PCF8574的工作时序见下图。3

  根据时序编写出单片机与PCF8574的通信子程序,在此基础上编写显示子程序。显示的过程是首先读取第一组数据,确定第一列红色和绿色LED点亮的位置,对应地址输出低电平,其余为高电平,然后驱动第一列共阳极的管脚输出低电平,其余为高电平,这样只有对应第一列的三极管导通,点亮特定LED,点亮后延时一段时间,恢复所有输出为高电平,起到消隐的作用,再接着点亮第二列的LED,如此循环扫描就显示出了检测到的波形。


  三.组装与调试

  做好电路板,进行焊接和连线。图纸中没有画出输入信号的分压电路,可以用多挡转换开关或是电位器来扩大输入信号范围。还有电源可以用外接整流电源,最好是接两节锂电池加个电源开关,和电路板一起放入一个绝缘的塑料盒内,完成后的简易工频示波器如下图,上面有32×16点阵LED显示屏、通道转换钮子开关、电源钮子开关、挡位转换开关和输入插孔。因为测量频率低,输入线不必用示波器探头,用简单的万用表笔线就可以了。需要注意的是端口P1.5是单片机复位管脚,单片机设定为内部复位,此管脚正常工作时没有复位作用,但上电时不能接地,否则单片机不工作,就是说使用此示波器上电后,通道选择要先打到双通道位置才开始工作。

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关键字:单片机  工频  示波器 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/ic492405.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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