数字存储示波器.docx
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数字存储示波器
目录
1引言…………………………………………………………………………2
2设计目的……………………………………………………………………2
3设计要求及技术指标………………………………………………………2
4工作原理……………………………………………………………………2
5单元电路分析与设计………………………………………………………2
5.1A/D转换器…………………………………………………………………2
5.2D/A转换器…………………………………………………………………4
5.3低通滤波器…………………………………………………………………6
6总体电路图………………………………………………………………7
7印刷电路版…………………………………………………………………8
8工作程序……………………………………………………………………8
9实验心得…………………………………………………………………10
10参考文献…………………………………………………………………10
1、引言:
通用示波器一般是用来观察一定频率范围内的周期性信号的。
若用通用示波器来观察一次性输出的波形、分周期性信号或频率很低的周期性信号时,其显示的图形将跳跃、闪烁、观察不清,如果能够足够快的速度将波形变换成数字信号后存入RAM,然后再以合适的速度周期的将存入的数据取出,经D/A转换后输入通用示波器,就可以观察到稳定的周期性波形。
2、设计的目的:
1)综合运用所学的理论知识,掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤;
2)培养一定的独立分析问题、解决问题的能力;
3)实践利用EDA软件绘制电子线路原理图、PCB图及仿真;
4)学会说明书的规范整理和书写。
3、设计要求及技术指标:
设计一个单一通道的数字存储示波器。
设计要求及性能指标如下:
1)、输入信号电压范围0~5V。
2)、输入信号频率0~500HZ。
3)、信息记忆容量要求为2K*8位。
4)、采集信息频率要求在10~1KHZ之间可调。
5)、显示存储信息时的输出频率要求在100~1KHZ之间可调。
4、工作原理:
A/D转换
—
RAM
—
D/A转换
--
LPE滤波
控制电路
图1工作原理图
上图为数字存储示波器的原理框图。
每隔一段时间对输入的模拟信号进行一次采样,然后经过A/D转换,把这些数字化后的信息按一定的顺序存入RAM中,当采样频率足够高时,就可以实现信号的不失真存储。
当需要观察这些信息时,只要以合适的频率把这些信息从存储器RAM中按原顺序取出,经D/转换和LPE滤波后送至示波器就可以观察的还原后的波形。
5、单元电路分析与设计:
5.1A/D转换器:
如图为A/D转换器的单元电路,ADC0809有8个输入通道,本次只用IN0、IN1通道,通道的选择由管脚ADDC、ADDB、ADDA的不同组合来确定,见下表:
表一ADC0809选通地址编码
地址编码
被选中的通道
ADDC
ADDB
ADDA
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
当管脚A0、A1、A2都为低电平时,IN0通道被选中为当前输入通道;ADC0809的地址锁存信号(ALE)和启动转换信号(START)由ATC89C52的WR和74HC138的输出片选信号CS0809或非(74HC02)得到,ADC0809的输出允许(OE)是由ATC89C52的RD和74HC138的输出片选信息CS0809或非得到,这一点在确定ADC0809的通道地址后要尤其注意。
AD0809的输入时钟信号,可由ATC89C52的ALE输出得到当系统采用11.0592MHZ的外接晶振时,ALE输出1/6的时钟脉冲,1.8432MHZ,在经过两个D触发器(74HC74提供)4分频后,提供给ADC0809的CLOCK的时钟输入引脚461KHZ德尔方波时钟,这个时钟频率满足ADC0809的时钟信号必须小于640KHZ的要求。
图2AD转换原理图
AD转换程序:
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineCOM0809XBYTE[0x1ff8]//ADC0809的命令字地址
sbitcs138=P1^6;
sbitOE=P3^7;
sbitEOC=P3^2;
uchardetdata;
voiddelay(ucharx)//延时主频11.0592MHZ
{//延时大约xms
Uchark;
While(x--)
For(k=0;k<125;k++){}
}
voidmain(void)
{
Cs138=0;//选通74hc138的使能端
SbitP2^5=0;
SbitP2^6=0;
SbitP2^7=0;//选通TN0口
While
(1)
{com0809=0;//开启ADC0809
While(EOC==1);//等待ADC0809的模数转换结束
OE=0;//模数转换结束将OE置零,确保ADC0809不动作
Getdata=com0809;//将转换的数据存入指定数组中
OE=1;//OE置1,允许ADC0809进行转换
Delay(130);
}
}
5.2D/A转换器:
应用电路分析,如图为DAC0832与单片机的连接电路,这个电路采用直通方式和控制方式,在P0.0为低电平时,CPU对DAC寄存器执行一次写操作,输入数据量直接写入DAC的寄存器,经过D/A转换后输出相应的模拟量。
DAC0832地址可设为FFFEH(只要P0.0为0,即可选中DAC0832完成D/A转换)。
图3DA转换原理图
DA转换程序:
#include
#include
#defineDA0832XBYTE[0xfffe]
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
Voidmain(void)
{uchari;
While
(1)
{for(i=0;i {DA0832=i;//D/A转换输出 }}} 5.3低通滤波器: 采用LPF滤波,可以大大降低谐波成分,一阶低通滤波器可使谐波失真达1%,二阶低通滤波器可使谐波失真达0.1%,符合题目要求。 我们选用二阶低通滤波器,其结构如图: 图4低通滤波器原理图 由(19)可以求得 其中 为截止频率, Q为等效品质系数, 由此可得其频率特性为: 取中心频率 ,上式可化为 即LPF的输出信号与输出信号幅值之比取决于Q值,而相位滞后90°,取 由(21)和(22)可得 取 ,所以LPF的具体参数如下: 取 6、总体电路图: 总体电路图如下: 图5数字存储示波器原理图 7、印刷电路版: 图6PCB版图 8、工作程序: #include #include #defineucharunsignedchar #defineuintunsignedint #defineCOM0809XBYTE[0x1ff8]//ADC0809的命令字地址 #defineDA0832XBYTE[0xfffe] sbitcs138=P1^6; sbitOE=P3^7; sbitEOC=P3^2; uchardetdata; voiddelay(ucharx)//延时主频11.0592MHZ {//延时大约xms Uchark; While(x--) For(k=0;k<125;k++){} } voidmain(void) { uchari; Cs138=0;//选通74hc138的使能端 SbitP2^5=0; SbitP2^6=0; SbitP2^7=0;//选通TN0口 While (1) {com0809=0;//开启ADC0809 While(EOC==1);//等待ADC0809的模数转换结束 OE=0;//模数转换结束将OE置零,确保ADC0809不动作 Getdata=com0809;//将转换的数据存入指定数组中 OE=1;//OE置1,允许ADC0809进行转换 Delay(130); for(i=0;i {DA0832=i;}//D/A转换输出 } } 9、实验心得: 在整个课程设计中,通过从找资料、确定方案,到设计电路、绘制印刷电路板的过程,我发现了许多在理论方面的不足,并通过课程设计的实践,学到了许多课本上学不到的东西,锻炼了自己。 最后确定用单片机做,因为以前学过一点单片机,这次先通过这次课程设计加深对单片机的理解,为以后的继续学习做一个铺垫,在设计的过程中还是遇到了很多困难,好多以前学的东西现在看来还是不太懂,以后学东西要扎实,学以致用,这样不至于学了又忘了。 通过这次课程设计总体上加深了对电子线路的理解,没学一样东西,你可能没什么了解,但是通过查阅资料,可以对那些东西有一个全面的了,然后加入自己的创新就可以做出自己的东西,好多东西不是自己一个人的能力可以做到的,需要借助前人的成果,在前人的成果中加入自己的创新,做出自己的东西。 以后要多实践,多练习,理论联系实际,这样才能学到使用的东西,努力好好学习! ! ! 10、参考文献: (1)毕满清电子技术实验与课程设计机械工业出版社; (2)于晓东80C51单片机原理、开发与应用实例中国电力出版社; (3)潘晓宁朱耀东单片机程序设计与实践教程清华大学出版社; (4)余修武单片机原理及应用电子科技大学出版社; (5)毛谦敏单片机原理国防工业出版社;
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- 数字 存储 示波器