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1、2001年9月韶关学院学报(自然科学版)Sep.2001第22卷第9期JournalofShaoguanUniversity(NaturalScience)Vol.22No.9单片机波形记录器设计尹湛华(广东松山职业技术学院电气系,广东韶关512126)摘要:通用电子示波器不具备观测非重复性的慢变化信号的功能.设计一种基于8031单片机控制的波形记录器,将该仪器与通用电子示波器结合,对复现非重复信号波形,具有较高的实用性.关键词:单片机;数据采集;波形重构中图分类号:O45文献标识码:A文章编号:1007-5348(2001)09-0075-04可用于观测非
2、重复性的单脉冲信号、随机信号或慢变化信号的仪器通常有以下四[1]种:①长余辉示波器;②模拟记忆示波器;③光线示波器;④数字存储示波器(DSO).第一种必须加照相机才能有效地记录信号波形,时间效率较差.后三种往往价格昂贵,要求较高的购买力,难以满足一般的用户需要.通用电子示波器价格低廉,是用户最乐于配备的常规仪器,但不具备信号记忆功能.因此,设计一种信号波形记录器,使之能与通用电子示波器结合,用来观测非重复性信号波形,是很有实际意义的.1设计原理本文设计的波形记录器电路实际上是一个简单的单片机数据采集装置,其原理框图如图1所示.图1波形记录器原理框图收稿日期:
3、2000-07-15作者简介:尹湛华(1969-),男,内蒙古赤峰人,广东松山职业技术学院电气系助教,主要从事工业控制教学与研究.·76·韶关学院学报(自然科学版)2001年整个电路工作原理可描述如下:单片机一经获知被测量已接通的信号,即刻启动数据采集,通过A/D转换,将模拟信号转换成数字量,并依次转存至数据RAM存储区;采集完毕,在单片机的控制下,将已捕获的数字量信息按原来的顺序快速输出,经D/A转换器再次转换成模拟量,并送通用电子示波器重构、复现被观测信号的波形.2硬件配置[2,3]数字波形记录器硬件电路设计如图2所示.图中单片机选用8031作为控制部件
4、,负责A/D转换器、D/A转换器等外围器件的启动、停止和读写操作,片外扩展了8KBEPROM2764和8KBRAM6264分别作为程度存储器和数据存储器.其他主要外围接口器件的功能和控制方法简述如下:图2波形记录器硬件结构框图211A/D转换器采用ADC0809.这种器件价格适中,并且其转换速度和精度可以满足对一般信号的观测要求.它的启动和停止受片选信号Y1和8031的读写信号的控制.EOC端经反向器接至8031的INT1引脚,8031通过程序不断查询该引脚,以测知A/D转换是否结束.本电路仅用一个模拟量输入端IN0与被测信号相连,其时钟信号由8031的AL
5、E端经分频后接至CLK引脚.212D/A转换器选用DAC0832.采用双缓冲方式,CS和XFER引脚共接片选信号Y2,WR1和WR2共接8031的WR.DAC0832是电流型器件,故输出端接运算放大器(μA741)才能引至示波器.213地址锁存器选用74LS373,用于锁存低8位地址.214外围芯片采用全译码编址方式,地址译码器选用74LS138.数据采集及A/D转换的信号捕获过程由8031通过检测P110的电平进行同步触发.第9期尹湛华:单片机波形记录器设计·77·对于非重复、慢变化的瞬变(电压)信号,A/D转换一经启动就按着固定的节奏,均匀不间断地进行,
6、直至采样次数全部完成.采集的时间也要足够长,以便完整地覆盖被测的整个变化过程.波形重构是通过DAC0832不断快速重复地把A/D转换过程中存储在6264中的数字量信息进行D/A转换,并按固定频率输出至通用模拟示波器完成的.为使呈现在示波器屏幕上的波形清晰、无闪烁,D/A转换必须足够快.D/A转换、输出过程只受两种条件的控制:无条件硬件复位信号;软件查询8031的P110位,当P110位电平转变将终止当前波形重构显示过程.只要这两个条件都不满足,波形记录器就会无限重复地把本次测量结果完整地复现在示波器屏幕上.3控制软件设计:波形捕获重构控制软件除主程序外还包括
7、A/D转换和D/A转换两个子程序模块,所有程序均采用MCS-51汇编语言编写,本文给出各程序流程框图,如图3所示.图3控制软件程序框图4仿真实验为验证设计的正确性,本文采用SICE通用单片机仿真器进行了模拟实验.由于[1]SICE中已有容量足够的仿真RAM,故波形记录器的实验样机中未扩展片外存储器.模拟实验包括两个项目:一阶RC零状态响应波形;直流调速系统启动过程.实验中采用的通用电子示波器是普通的HZ4260型示波器,其直流带宽为7MHz,并增置了一台DF4313型长余辉示波器与模拟实验结果加以比照.仿真实验结果表明,波形记录器运行平稳,具有较强的抗干扰能
8、力,达到了预期的设计目的.5结束语·78·韶关学院学
