基于SPCE061A的通用示波器存储功能扩展设计

发布者:缘到泉最新更新时间:2016-10-17 来源: elecfans关键字:SPCE061A  通用示波器  存储功能扩展 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
  1 引言

  目前,通用二踪示波器如HH4310A/HH4311A、RS8等均无存储功能,在学生实验中能满足信号测量的要求,但若用于测量一些非周期单脉冲信号,由于信号的突发性,这些通用的示波器往往不能对信号的波形、幅值、脉宽进行仔细的观测。其在通用示波器中嵌入存储功能,能极大地扩展应用范围,具有较高的实用价值。笔者介绍一种利用SPCE061A型16位单片机在HH4310A/HH4311A型通用示波器中嵌入存储功能的原理及实验结果。

  2 通用示波器的基本工作原理

  通用示波器的频率繁多,电路各不相同,但总的来说,可以归纳为3个主要组成部分:垂直系统(主要实现Y输入信号的放大);水平系统(主要实现水平扫描和水平放大)和主机(主要包括低/高压电源和显示电路)。基本结构如图1所示,各组成部分的详细工作原理参阅参考文献[1]。

  通用示波器电路的基本结构框图

  3 嵌入存储功能的原理

  在通用示波器中嵌入存储功能的基本原理是用A/D转换器把仿真信号转换为数字信号,然后存储到RAM中,需要显示时,将RAM中的存储的数字信号按顺序读出,通过D/A转换器恢复仿真信号,在示波器荧光屏上显示出来。在设计中,利用SPCE061A型16位单片机中的A/D转换器实现对示波器的Y输入被测信号的模/数转换,转换的结果存储在SPCE061A内部的SRAM中,显示时,经SPCE061A的D/A转换器恢复输入的仿真信号,SPCE061A及相关电路构成的扩展电路接在通用示波器垂直系统的Y输入电路及前置放大器之间,如图2所示。

  存储功能模块结构

  3.1 A/D转换的原理及性能要求

  要实现对输入被测信号的存储,A/ D转换(取样、量化、编码)是关键,根据奈奎斯特(Nyquist)取样定理,曲江后能够不失真地还原出原信号,必须满足fs>2fm,即取样频率必须大于信号最高频率的2倍。在SPCE061A中有7路10位逐次逼近型A/D转换器,通用对A/D转换器有关控制寄存器P_ADC_Ctrl($7015H)、P_ADC_MUX_Ctrl($702BH)的合理设置启动A/D转换,从P_ADC_MUX_Data($702CH)单元中读出A/D转换的值。SPCE061A中A/D转换的最高速率为(Fosc/32/16Hz),如果速率超过此值,从P_ADC_MUX_Data中读出数据时会发生错误。A/D转换的最大频率相应率(Fosc/32/16Hz)如表1所示。

  A D转换的最大频率相应率

  在SPCE061A中,32768Hz的实时时钟经过PLL倍频电路产生系统时钟Fosc,Fosc再经过分频得到CPU时钟(CPUCLK),通过对寄存器P_System Clok($7013H)的编程来完成对系统时钟Fosc和CPU时钟频率的定义。默认时,Fosc、CPUCLK分别为24.576MHz和Fosc/8。

  根据A/D转换的基本原理及SPCE061A的A/D转换的特性,在通用示波器中嵌入的存储功能模块的最大不失真频率为20kHz。
 

  3.2 数字信号的存储和D/A转换

  经A/D转换的结果需要存储到存储器中,其存储容量为获取波形的取样点数目,用直接存放A/D变换后数据的获取存储单元来表示。在SPCE061A中有2K×10bit的SRAM存储单元,实际使用的SRAM的容量主要由A/D转换的速率和扫描因子(t/div)共同决定,其关系如下式所示:

  数字信号的存储和D A转换

  式中,fS为A/D转换的取样频率,N为每格的取样点数。由此可知,在A/D变换速率相同的条件下,存储容量的大小决定扫描时间因子的大小。在设计中,A/D变换的速率fS最大为96kHz,若用1K的SRAM作为A/D转换的存储器,则最大扫描时间为10ms/div。在存储扩展模块中,单片机启动A/D转换器后,通过对P_ADC_MUX_Data($702CH)单元中A/D转换结果的比较,当有效的转换结果出现时,才将结果保存到SRAM中,利用这种方法能够有效地扩大扫描时间因子,对于单脉冲信号的捕捉非常有效。ADC的部分程序如下:

  ADC的部分程序

  在A/D转换中,不仅A/D转换的位数和存储容量决定示波器的垂直和水平分辨率,而且,通过单片机对A/D转换结果的数字信号多次取平均处理,消除随机噪声,可以使垂直分辨率得到提高。 SPCE061A提供了2路D/A转换通道,通过对寄存器P_DAC_MUX_Ctrl(702AH)单元的编程控制D/A转换,将存储器中的数字信号按顺序转换为仿真信号,加到示波器的Y通道放大器中,在荧光屏上重现信号的波形。

  4 示波器存储模块的实验研究

  对于示波器存储模块的研究主要采用对同一信号进行实验比较的方式。在实际中,利用HH4310A / HH4311A型通用示波器对信号进行1次直接测量和1次存储测量,然后对2次测量结果(包括波形的失真度、幅值及频率)进行比较。图3(a)和(b)分别显示对单脉冲信号的直接显示波形和存储显示波形。

  波形

  通过实验结果的比较可以看出,在一定频率(20kHz)以下,嵌入SPCE061A的示波器存储模块能够实现对信号的不失真存储。

  5 结束语

  通过实验研究可以看出,利用SPCE061A可以实现对通用示波器存储功能的扩展。通过单片机的编程可较好地实现对单次脉冲的存储测量。虽然在SPCE061A中,A/D转换、D/A转换的速度和SRAM的容量限制了存储信号的频带范围,但是,其成本较低,性价比较高,具有一定的实用价值。若要扩大存储信号带宽的范围,可采用高速A/D转换器和D/A转换器以及大容量的RAM来实现。

关键字:SPCE061A  通用示波器  存储功能扩展 引用地址:基于SPCE061A的通用示波器存储功能扩展设计

上一篇:基于MSP430的直流接地检测系统
下一篇:利用NEC单片机保护您的设计不被仿冒

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 15:15

基于SPCE061A和PTR8000的模拟SPI总线通信技术
  SPI(Serial Peripheral Interrace,串行外设接口)是摩托罗拉公司推出的一种同步串行通讯总线,用于微处理器/微控制器和外围扩展芯片之间的串行连接,现已发展成为一种工业标准。讯通科技的PTR8000无限通讯模块就是以SPI为通讯接口的器件,由于其优越的性能被广泛应用于众多领域。它的SPI接口需要占用微处理器四个I/O线。SPCE061A是凌阳公司的推出的具有语音功能的16位单片机,I/O资源丰富,但不具备SPI接口。在实际应用中,出于产品体积、成本和可扩展性及应用场合等方面的考虑,我们选择二者结合组成无线通讯系统,用软件模拟方式实现SPI串口通讯,限于篇幅,仅介绍读命令的时序和应用子程序。此方法同样适用于
[单片机]
基于<font color='red'>SPCE061A</font>和PTR8000的模拟SPI总线通信技术
SPCE061A在语音环境湿度测量仪的应用
1 引言 工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制。对环境温、湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一,但在常规的环境参数中,湿度是最难准确测量的一个参数。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多,温度是个独立的被测量,而湿度却受其他因素(大气压强、温度)的影响。此外,湿度的校准也是一个难题。目前,人们探测的湿度测量从原理上有二、三十种之多。随着20世纪后半期电子业的发展,电子式湿度传感器产品及湿度测量于90年代也随之兴起,并在后面这些时间内取得了长足的发展。该方案就是利用电子式传感器配合单片机实现具有语音功能人性化的测湿仪。 1.1 系统参数 本方案系统的主
[单片机]
<font color='red'>SPCE061A</font>在语音环境湿度测量仪的应用
SPCE061A单片机对射频读写器输出信号的分析处理
当前,读写器的应用日渐广泛。在生产和销售的过程中,人们常常苦于没有一种快速、简便的方法对读写器的输出信号进行直观的显示,以至于在生产中常常需要将产品进行返工,重新校正产品的信号输出。为解决这一问题,采用具有语音处理功能的SPCE061A单片机作为控制器,对射频读写器常见的输出信号进行分析和处理。 射频识别RFID技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。它的基本原理是信号通过空间耦合(交变磁场和电磁场)实现信息传递,这些信息一般加载在电子标签中。信息的数据格式通常有标准的韦根(Wiegand)信号或各种串行通信接口信号。 1 信号分析系统的总体设计 在射频读写器中,需要分析与处理的常见信号包括RS-232信号、RS-4
[单片机]
一种便携式人体生理参数监测仪的设计
1 引言   随着人们健康意识的逐渐增强,户外运动越来越受到重视。然而运动量过强或不足都不能达到锻炼的目的,甚至会危害身体。这里介绍一种多功能实时生理参数监测仪的设计方法,该监测仪具有廉价、实用、便携,并有语音播报测量值及越限报警等多种功能。 2 总体结构与工作原理   该监测仪以凌阳16位单片机SPCE061A为控制核心,通过温度传感器、水银开关、压电陶瓷片获得人体温度、跑步者的步数及脉搏跳动情况,再由CPU实时计算测量值并将结果送至液晶显示器显示,同时进行语音播报。系统设有键盘、人工复位和自动上电复位及硬件看门狗电路。SPCE061A内部带有硬件乘法器功能,可方便地实现测量数据的记录、计算和语音播报功能。系统总体结构框图
[医疗电子]
一种便携式人体生理参数监测仪的设计
基于单片机的数控开关电源设计方案
  引言   现实的生活和实验中,常常要用到各种各样的电源,电压要求多样。如何设计一个电压稳定,输出电压精度高,并且调节范围大的电压源,成了电子技术应用的热点。在市面上,各种电源产品各式各样,有可调节的和固定的。但是普遍存在一些问题,如转换效率低,功耗大,输出精度不高,可调节范围过小,不能满足特定电压的要求,输出不够稳定,纹波电流过大,并且普遍采用可调电阻器调节,操作难度大,易磨损老化。   针对以上问题,本文采用基于KA3525 PWM控制芯片的不对称半桥式功率变换器,并采用16位凌阳单片机作为数控核心,通过其内置的D/A输出调制PWM,提高了电源的输出精度和效率,并且方便使用者操作,实现了基于单片机的数控开关电源。   1
[单片机]
基于单片机的数控开关电源设计方案
基于SPCE061A的智能血液参数分析系统设计
  随着智能控制的发展,对血细胞状态及参数的分析也不断采用最新的电子、光学、化学和计算机技术,从而满足临床工作对血液细胞分析的要求。智能的仪器可以减少人工劳动的强度,加快标本的处理速度,同时使得许多操作更加标准化及减少操作者之间的个体差异。 1 系统总体设计   采用凌阳公司的SPCE061A单片机设计了血液参数分析系统,液路采用电磁阀门来控制,时序电路根据血液分析仪的实际要求进行设计,可以实现检测参数的智能语音提示。系统的整体结构如图1所示。   系统通过13路电磁阀和1路压力泵来控制整台仪器的流路。控制系统接到传来的指令时,打开相应的血液样本的通路,各种不同液路之间通过电磁阀进行隔离和导通。控制在凌阳SPCE061
[医疗电子]
基于<font color='red'>SPCE061A</font>的智能血液参数分析系统设计
uC/OS-II在凌阳单片机SPCE061A上的移植
引 言:   目前,实时操作系统已广泛应用于工业控制的各个领域。uC/OS-II作为一个实时内核,由于其源码公开、代码规范,广受开发人员的喜爱。SPCE061A是凌阳公司继u’nSPTM系列产品SPCE500A等之后新推出的一款16位单片机,内部集成A/D、D/A等多种接口电路,能很方便地嵌入工业控制的各种场合。更重要的是,其内嵌2K字的SRAM和32K的Flash ROM,因此,在不需要扩展外部存储器的情况下就可以实现uC/OS-II系统的移植。 1 uC/OS-II实时操作系统介绍   uC/OS-II是一种专门为微控制器设计的抢占式实时多任务操作系统,它以源代码的形式给出。其内核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。
[单片机]
uC/OS-II在凌阳单片机<font color='red'>SPCE061A</font>上的移植
SPCE061A型单片机在土木工程测温仪中的应用与设计
1 引言   在土木工程中,许多大型的桥梁和大坝都是采用现场浇注的钢筋混凝土结构。在此类工程中混凝土浇注以后,由于水泥的水化热作用,混凝土内温度将逐渐上升,混凝土厚度的差异导致不同的温升,形成温度梯度并产生温度应力。与外力作用于结构时引起的应力不同,混凝土的温度应力是由变形引起的;混凝土的导热性能较差,浇注初期其强度和弹性模量都较低,温度变化引起的变形不明显。随着龄期的增长,混凝土的强度和弹性模量提高,对混凝土变形的约束越来越大,以致产生很大的拉应力,当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时,开始出现温度裂纹。这将严重影响土木工程的质量,所以很有必要对混凝土浇注后的一段时期内的温度参数进行监测,可为其合理的浇注和养护提供可靠的数据
[单片机]
<font color='red'>SPCE061A</font>型单片机在土木工程测温仪中的应用与设计
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