简易数字存储示波器

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1、目录1任务分析32方案论证和比较42.1处理器的比较和选择42.2信号前向调整模块的设计方案42.3A/D转换器选型方案42.4显示设备的选择53系统硬件设计53.1总体设计思路53.2信号前向调整模块53.3频率计的基本原理63.4MSP430F247处理器73.5存储器83.6显示输出电路93.7键盘设计93.8电源稳压保护电路104软件设计105系统测试116　结束语127参考文献138附录14附录1系统电路总图14附录2制作实物图15第15页摘要本设计是一种简单实用的数字存储示波器。该设计主要由四个模块电路组成：前端信号处理模块、数据的采集与存储模块、键盘输入控制模块、单片机控制模块与

2、LCD显示模块。采样率可达1M，并具有数据的采集、显示菜单、单次触发、存储显示等功能。本设计以MSP430F247单片机为核心，采用运算放大器OPA2132，对大小信号分别进行放大处理；LCD12864显示波形，并且可以显示当前的时间扫描灵敏度和垂直灵敏度状态。此外作品大大优化了外围硬件线路的设计，增加了系统的稳定性和可靠性。关键词：示波器数字存储高速AD转换，第15页简易数字存储示波器1设计任务设计并制作一个简易数字存储示波器(简易DSO)。基本要求(1)可以显示测量的波形，(2)垂直灵敏度：0.01V/div，0.02V/div，0.05V/div，0.1V/div，0.2V/div，0.

3、5V/div，1V/div，2V/div，5V/div误差≤5%；(3)水平扫速：30μs/div，50μs/div，100μs/div，200μs/div，500μs/div，1ms/div，2ms/div，5ms/div，10ms/div，20ms/div，50ms/div，100ms/div，200ms/div，1s/div，误差≤5%；(4)可测量的模拟输入信号的电压范围在10mV-5V。信号频率：0.05Hz-30kHz(5)单次触发、扩展、触发电平可调；(6)显示波形无明显失真。发挥部分（1）连续触发存储方式，并有“锁存功能”；（2）具有移相功能。（3）垂直灵敏度0.01V/div

4、，低输入噪声电压。第15页1任务分析根据设计任务的要求，必须实现信号的放大、衰减，采集和波形显示。这需要选择合适的运放，A/D转换器，处理器和显示设备。2方案论证和比较2.1处理器的比较和选择方案一：如图以AT89S51单片机为控制核心，对输入信号进行增益放大或衰减后，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号后，通过单片机将数据锁存至外部RAM，然后再通过单片机将数据送至显示屏显示，这种方案结构较为简洁，但A/D的最高采样速度比较高，无法利用AT89S51单片机直接采集这样速率的数据。方案二：而由美国德州仪器公司（TI）推出的MSP430系列超低功耗16位处理器内部具有4K的RAM，并且具有很

5、高的处理速度，检测的信号进行增益放大或衰减后，直接输入MSP430F247单片机进行数据采集和处理，最后通过LCD显示出波形。方案比较：MSP430F247单片机的高速运算能力和较大的数据存储器，既可满足输入信号的采样速度和精度，又有足够的空间存储采集的数据，从而使得外围电路简单所以采用方案二。2.2信号前向调整模块的设计方案方案一：采用集成程控放大器(例如:PGA103)作为信号的前向输入通道，根据输入信号的幅度选择不同的放大／衰减倍数，以达到Ａ／Ｄ所要求的输入范围。在系统前端采用集成器件，对抑制系统的噪声是很有帮助的,而且这种器件控制简单,使用方便。方案二：为了使不同幅度的输入信号都能被Ａ

6、／Ｄ所采样，模拟输入信号需要放大或衰减，在采样电路的前端采用本次大赛提供的TI公司的OPA2132运算放大器应对输入信号进行一定的放大／衰减。方案选择：根据需要，输入信号的幅度范围为10mV～2V，则需要放大200倍，OPA2132运算放大器完全能满足要求。因此选择方案二。2.3A/D转换器选型方案信号电压的数字转换决定着测量的精度与准确度，这是本设计的关键部分之一。方案一：采用德州公司的ADS804E器件，该器件可将模拟信号转化为12位的数字信号，输出具有自动校准功能。采样速度能够满足采样转换的要求。方案二：采用MSP430F247单片机自带的ADC，可将模拟信号转化为12位的数字信号，采样

7、速度能够满足采样转换的要求。MSP430F247内部的A/D将接收到的经过处理的模拟信号进行实时采样，然后以逐次逼近的方式进行模数转换处理，最后存储在片内RAM中。然后将RAM中的数据显示成波形。方案选择：MSP430F247单片机的高速ADC第15页完全可以满足本设计的要求。因此选择方案二。2.4显示设备的选择方案一：使用点阵图形液晶显示模块12864显示，；其显示分辨率为128×64,利用该模