數(shù)字示波器論文 數(shù)字存儲(chǔ)示波器的總體設(shè)計(jì).doc

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1、1數(shù)字存儲(chǔ)示波器的總體設(shè)計(jì)????????本方案主要是設(shè)計(jì)一個(gè)集多路數(shù)據(jù)采集、顯示、打印等多項(xiàng)功能于一體的智能測試儀器，滿足自動(dòng)控制原理課程的實(shí)驗(yàn)要求。系統(tǒng)總的框圖如圖1所示。??????在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中，有些典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)時(shí)間較小，只有幾百個(gè)微秒甚至幾十個(gè)微妙。為準(zhǔn)確得到這些典型環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特征，要求儀器有較快的數(shù)據(jù)采集速度，也就是必須采用快速的CPU和A/D轉(zhuǎn)換器。?????本設(shè)計(jì)采用DS80C320高速單片機(jī)，它的單指令周期只需四個(gè)機(jī)器振蕩周期完成；在相同的時(shí)鐘頻率下它的運(yùn)行速度是51系列單片機(jī)的3倍，并且時(shí)鐘頻

2、率可達(dá)40M。在典型時(shí)鐘頻率為13MHz條件下，單周期指令執(zhí)行時(shí)間是110ns。DS80C320的指令、引腳和80C32兼容，且DS80C320內(nèi)部有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、2個(gè)全雙工串行口、13個(gè)中斷源(6個(gè)外部中端源)、2個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR0和DPTR1。兩個(gè)數(shù)據(jù)指針的設(shè)置使得單片機(jī)對(duì)RAM的讀寫更加方便、快捷，進(jìn)一步提高了單片機(jī)存取數(shù)據(jù)的速度。????????考慮到有些環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)時(shí)間較長，可能達(dá)到幾十秒，系統(tǒng)采用統(tǒng)一的信號(hào)采集時(shí)間顯然是不現(xiàn)實(shí)的。為此系統(tǒng)外擴(kuò)了鍵盤，由鍵盤輸入來設(shè)定數(shù)據(jù)采集的時(shí)間。此設(shè)定功能通過四

3、個(gè)獨(dú)立式按鍵完成，這四個(gè)按鍵還用于實(shí)時(shí)顯示、回顯、翻頁、打印等功能的選擇。????????A/D轉(zhuǎn)換器選用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX197，顯示部分采用128*64點(diǎn)陣液晶顯示模塊來實(shí)現(xiàn)，打印輸出選用面板式微型針式打印機(jī)完成。擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器選用27C512，容量為64KB。擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選用62C256，容量為32KB，占用低32KB地址單元，它的片選信號(hào)接A15。A/D芯片的接口地址為CXXXH，液晶的口地址為AXXXH，打印機(jī)的口地址為8XXXH。地址譯碼由GAL16V8完成。?????2硬件設(shè)計(jì)?????2

4、.1單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路??????????MAX197是美國美信公司(MAXIM)推出的多輸入范圍、多通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它只需單電源+5V供電，通過軟件編程選擇8個(gè)輸入通道中的一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。每個(gè)輸入通道模擬信號(hào)的輸入范圍也可以編程選擇：±10V，±5V，0～10V，0～5V。?????芯片內(nèi)自帶采樣保持器和內(nèi)部參考電壓，單次轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為6μs，采樣速率可達(dá)100Kps，該芯片的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)和各參數(shù)的設(shè)定只用一條寫指令來完成。轉(zhuǎn)換后的結(jié)果分兩次輸出，輸出低8位還是高4位由HBEN決定。MAX197的12位三態(tài)并

5、行接口使得其與80C320的連接非常方便，圖2所示是MAX197和單片機(jī)的接口電路圖。80C320的P14用于控制讀低8位或高4位，單片機(jī)P32接MAX197的INT腳，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，INT0腳變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷。單片機(jī)可采用中斷方式采集數(shù)據(jù)，也可采用程序查詢INT0是否變低來采集數(shù)據(jù)。?????2.2單片機(jī)與液晶顯示模塊MGLS-128*64T的接口??????????液晶模塊選用香港精電公司的MGLS??128*64T模塊，它采用6963C控制器。硬件接口比較簡單，軟件編程并不復(fù)雜。MGLS-128

6、*64T既有字符顯示功能，也有圖形顯示功能，還具有顯示合成功能。利用這些顯示功能可以很方便地顯示測量的數(shù)據(jù)、曲線等。由于系統(tǒng)需要顯示的字符不多，為減少編程的復(fù)雜性，液晶顯示采用統(tǒng)一的圖形顯示方式。字符統(tǒng)一采用8*8點(diǎn)陣顯示，漢字統(tǒng)一采用16*16點(diǎn)陣顯示。需要顯示的字符和漢字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)由字模提取軟件產(chǎn)生，寫入ROM后供單片機(jī)進(jìn)一步顯示使用。??????????LCD模塊接口有數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)和指令讀寫控制線，它和CPU的連接有直接控制方式和間接控制方式，本文采用直接控制方式，其接口電路如圖3所示。A0接液晶的C/D引腳，這樣

7、液晶的數(shù)據(jù)口地址為A000H，命令口地址為A0001H。?????2.3單片機(jī)與TPUP40打印機(jī)的接口??????????TPUP40面板式微型打印機(jī)是新近推出的一種超小型點(diǎn)陣針式打印機(jī)，它的指令和TPUP16兼容，硬件接口也和TPUP16一樣。自帶微處理器及部分字庫，具備圖形和曲線打印功能。TPUP40和80320的接口電路如圖4所示。????????3軟件設(shè)計(jì)???????????本儀器的軟件采用FranklinC51語言編寫，使用C語言的優(yōu)點(diǎn)在于程序編寫方便，可讀性強(qiáng)，便于模塊化，便于維護(hù)和升級(jí)。以液晶顯示為例，

8、下面是用FranklinC51編寫的一些初始化和基本讀寫子程序。???????在上面子程序的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)所測數(shù)據(jù)、曲線的液晶顯示。同樣用C51編寫了鍵盤讀入、A/D采集、打印管理等子模塊程序。鍵盤讀入采用查詢方式，主程序循環(huán)查詢是否有按鍵按下，并根據(jù)按鍵進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，設(shè)置完成后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理和