基于单片机的简易数字示波器设计方案

发布者:和谐共存最新更新时间:2014-09-22 来源: dzsc关键字:单片机  数字示波器  MS12864R 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  传统意义上的模拟示波器虽然功能较全,但是价格昂贵,体积大、重量重、成本高、等一系列问题使应用受到了限制。对于大多数学生以及教学组织来说,利用示波器主要是进行一些理论性的测试与实验,高精度高成本示波器的作用不是很必要,为此,笔者提出了一种便携式数字存储示波器的设计,它采用了LCD显示、高速A/D采集与转换、FIFO以及单片机等技术,具有较强的实用性以及发展的市场潜力,前景可观。

  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ua741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㈣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,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Ms12864R,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,所以先采样的点后显示,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/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。[page]

  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

  本系统按照功能全面,指标合理,总体价格低廉的要求设计了硬件电路,充分地利用了单片机的I/O接口,使之成功地实现了频率的测量,信号幅度的测量,以及不同灵敏度波形的显示。而且幅度频率测量误差较小,显示波形没有明显的失真,满足设计要求,如果利用高端控制器,则可以实现高精度的测量,具有较强的实用性以及发展的市场潜力,前景可观。

关键字:单片机  数字示波器  MS12864R 引用地址:基于单片机的简易数字示波器设计方案

上一篇:基于单片机AT89C2051的电子钟设计方案
下一篇:基于无线技术的齿轮箱温度在线监测系统

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:42

51单片机中断入口地址在c语言中的表示
函数类型 函数名(随便) 中断标识(不同的数字代表不同中断入口) 例如: void INT () interrupt 0 //外部中断0 {} void INT () interrupt 1 //定时/计数器0 {} void INT () interrupt 2 //外部中断1 {} void INT () interrupt 3 //定时/计数器1 {} void INT () interrupt 4 //串口 {} interrupt X 其中X表示中断号, 0表示外部中断0 1表示定时器0溢出中断 2表示外部中断1(/INT1) 3表示定时器1溢
[单片机]
单片机智能温控风扇设计 带智能调速人体感应
51单片机做的温空风扇 数码管显示 带人体感应模块,实现智能调速,功能非常强大,这是一个本科的毕业设计,毕业论文 开题报告 源码 原理图 还有proteus仿真等等都是一应俱全. 还有答辩常见问题解答,焊接注意事项和调试讲解,以及详细的制作过程. 温空风扇实物图: 智能风扇仿真截图: 温空风扇的DXP格式 protel99格式 温控风扇原理图: DXP格式用 Altium designer Summer 软件打开 protel99格式用 protel99SE 软件打开 PDF格式用 PDF 软件打开 Word格式用 Word 或用WPS 软件打开 4种格式的原理图都内容是一样的 只是打开方式不同 相关论文
[单片机]
<font color='red'>单片机</font>智能温控风扇设计 带智能调速人体感应
基于单片机的电子密码锁的实现
要求:用单片机实现一个电子密码锁的功能,一开始设置密码,设置从0-f,任意多少位密码(只要不超过十位),设置成功,蜂鸣器响一下;接着是验证密码,如果输入错误三次,则暂停一段时间,不允许使用,如果输入成功(F键确认),则密码解锁,步进电机转动,如果按下E键,则停止转动。 连线:P0键盘,P2倒着接数码管,P3.0接蜂鸣器,P1接步进电机 /*****************************键盘码的顺序**********************************/ /* 0xee,0xde,0xbe,0x7e 0-3 */ /* 0xed,0xdd,
[单片机]
基于<font color='red'>单片机</font>的电子密码锁的实现
基于Proteus的LCD显示研究
    Proteus是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件,它实现了从原理图设计、代码调试到单片机与外围电路的协同仿真,一键切换到PCB设计,实现了从概念到产品的完整设计,是目前世界上惟一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台,其处理器模型支持8051,HC11,PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33,AVR,ARM,8086和MSP430等,可编译汇编语言,同时支持1AR,Keil和MPLAB等多种编译器。     该软件资源丰富,其中元器件资源有:数字和模拟、交流和直流等数千种仿真器件,有30多个元件库;仪表资源有:示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SP
[电源管理]
基于Proteus的LCD显示研究
将PIC单片机的数据存储器RAM作为寄存器使用的教程
Pic 单片机,想必大家都比较熟悉。其中,pic 单片机简介、pic 单片机优势以及 pic 单片机不足等内容,皆是入门级知识。本文将向大家介绍 pic 单片机的高级应用——将 pic 单片机的数据存储器 RAM 用作寄存器,本文存在一定难度,望大家用心研读。 PIC16C5X 把数据存储器 RAM 都当作寄存器来使用以使寻址简单明洁,它们功能上可分为操作寄存器、I/O 寄存器、通用寄存器和特殊功用寄存器。它们的组织结构如下图所示:这些寄存器用代号 F0~F79 来表示。F0~F4 是操作寄存器,F5-F7 是 I /O 寄存器,其余为通用寄存器。特殊功用寄存器地址对用户不透明。 一、操作寄存器 1、F0 间址寄存
[单片机]
将PIC<font color='red'>单片机</font>的数据存储器RAM作为寄存器使用的教程
基于P89V51RB2单片机的实验箱设计与开发
  0 引言   单片机,是嵌入式处理器的一大类(另外还有DSP、FPGA等),具有高度集成、体积小、功耗低、降低成本等诸多优点。随着单片机技术的不断发展,单片机在微机控制领域占据着重要地位,由于其具有体积小、可靠性好、易扩展、控制功能强、使用方便等优点,在智能仪表、工业测控、计算机网络与通信设备、日常生活及家用电器等方面都得到了广泛的应用 .单片机已广泛应用于工业控制、智能家用电器、通讯、医疗和军事等众多领域,社会对掌握单片机技术的应用型人才的需求越来越大 .   本设计的实验箱采用了数字逻辑,单片机原理,电路基础,动态数码管扫描等各个方面的理论依据。单片机原理是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的
[单片机]
基于P89V51RB2<font color='red'>单片机</font>的实验箱设计与开发
C51单片机入门——按键篇
按键的抖动现象 按键按下时都会发出一声响,虽然有的按键声音很轻微,但这都是金属导体碰撞产生的震动;——称这种现象为:按键的抖动。 如果不对按键的抖动进行处理,按键就会对系统电路或程序产生意外的干扰。因此,我们要对按键进行“消抖”。 按键按下后抬起有效 利用延时函数,按键key1按下后抬起有效,控制LED闪烁; #include reg51.h sbit key1 = P1^4; //实验板上key1 sbit LED0 = P0^0; unsigned char key1_down; void delay(unsigned int delay_time) { unsigned int j = 0; for(;
[单片机]
C51<font color='red'>单片机</font>入门——按键篇
基于C8051F016单片机和功率放大器实现程控三相交流功率源的设计
前言 程控三相交流功率源的应用十分广泛,它被大量应用于冶金、通信、化工、电力及军工等诸多行业。用于交流调压、调功、调光及电机软启动等工业自动化控制领域,还可以用于计量以及产品的性能试验等方面。用于计量和产品试验等领域的功率源对于其输出波形要求较高,要求功率源输出完整的正弦波信号,对于正弦波的失真度有一定的限制。目前此类交流功率源的实际输出功率都很小,它们一般只强调单项指标,即电流或电压输出。而用于电能表计量时,其功率源输出的不是真实的功率,而是利用产生“虚功率”的方法来实现电能的计量。在某些产品的性能试验或计量过程中需要产生实际的交流功率,且要求其任意相的电流、电压、相位都能够独立调节。目前的交流功率源都无法满足要求,本文介绍的三
[单片机]
基于C8051F016<font color='red'>单片机</font>和功率放大器实现程控三相交流功率源的设计
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved