综合应用计算机开发多功能测试仪.doc

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1、综合应用计算机--开发多功能测试仪陈奇明摘要：介绍计算机和单片机开发的多功能测试器结合，测试仪以单片机作为主控制核心，测试部份包括示波器测量，信号发生器，万用表测量。当单片机开发的多功能测试器与计算机连机使用时，又成为大的测试仪，功能更加强大，操作更为简便，更利于教学研究实验。本系统开发用的器件，多使用现代的大规模集成电路，其特性是体积小，功能强，可靠性高，价格低廉，应用性广。关键词：计算机，测试仪，测试摸块，数据传输引言开展教学研究，实验是关键，而实验的仪器设备是研究的重要工具，在学校中由于大量的

2、测量仪器价格昂贵，体积大，携带不便，使学校中的科学实验研究难以普及深入，学校所提倡的科研创新仅仅停留在一个理念上，缺乏大量实际的实验操作。计算机的普及应用，及大规模集成电路的发展，为开发高质量低成本的教学实验仪器设备提供了可能，这里设计的《综合应用计算机-开发多功能测试仪》，是利用现代的单片机开发的多功能测试仪，它可以作为独立的多功能测试仪使用，每一种功能的测试仪操作使用与传统的仪器操作使用相对应。设计中增加了单片机通讯接口与计算机的连接，使测试仪的功能更全面得以发挥，操作更方便，观察更直观，使用更

3、安全和研究更深入，而且使用现代的大规模集成电路，电路设计简便，开发周期短，可扩充性强，更适合现代的教学实验研究。1系统总体设计 图1多功能测试仪系统结构图万用表测量模块液晶显示模块计算机应用控制系统信号发生器模块 示波器探测模块通信接口仪器转换控制模块控制处理模块单片机　本系统是由单片机构成中央处理模块，控制信号发生器模块、万用表测量模块、示波器探测模块（此模块要与计算机连接使用）、仪器转换控制模块和液晶显示模块等构成独立多功能测试仪，通过仪器转换控制模块控制相应的控件，可转到对应测量模块上，并在液

4、晶显示模块上显示对应的测量参数。当使用单片机通信接口与计算机连接时，打开相应的应用软件系统，通过键盘和鼠标可以方便的对仪器进行控制操作，并且使多功能测试仪的性能得到进一部的扩展。如图1为系统总体结构图。2硬件电路的设计　本系统设计的多功能测试仪，是用单片机与相应的集成电路组合，来设计高性能的测试仪器。在硬件电路设计中单片机起关键作用，它控制着系统中的各个模块，并对测试中的数据进行传输和处理，同时还对测试中的各种状态进行跟踪、检测和判断。因此单片机型号的选用对测试仪性能和质量有着极大的影响，为降低成本

5、，这里选性价比极高的国产STC12C5A60S2单片机作为主控芯片,其价格才几元人民币，其主要性能和功能指标如图2所示。内部大容量EEPROM8通道10位A/DFlash60K程序存储器WDT硬件看门狗数据RAM1280字节2-3个独立波特率发生器电源监控2路PWM/PCAP0/P1/P2/P3可配置I/O口高速SPI特性：高速宽电压低功耗超强抗干扰无法解密兼容普通8051指令集图2STC12C5A60S2单片机内部主要功能结构图单片机工作频率是首选参数之一，直接影响测试模块的精确度，选用的STC1

6、2C5A60S2单片机工作频率为：0～35MHz,在设置高速模式下：1个时钟/机器周期，相当于普通8051：0～420MHz。ISP/IAP为在线系统可编程/在线应用可编程，利于产品开发中的调整和测试，缩短开发周期。单片机内部的大量的EEPROM为实时数据测量的存储提供空间。其内部本身还带有8路10位高速A/D转换器，速度可达250KHz(25万次/秒)，在STC12C5A60S2单片机中还有两路可编程计数器阵列PCA/PWM，PCA是一个特殊的16位定时器，有2个16位的捕获/比较模块与之相连，每

7、个模块可编程在4种模式下：上升/下降沿捕获，软件定时器，高速输出或可调制脉冲输出。可方便设计为电压测试，按键扫描，频谱检测等，使电路设计更为简便。2.1信号发生器模块的设计信号发生器主要是输出各种信号波形，对设备进行调整测试，因此要求输出的信号要稳定，频率可根据测试要求调整，幅度可调。信号发生器频率的调整，可以使用单片机中的一个时间/计数器T0模块，用它时间产生的脉冲去控制信号发生器。为了获取稳定的输出信号，本系统使用AD7008集成电路来实现直接数字频率合成的信号。其原理是根据奈奎斯特取样，从连续

8、信号的相位φ考虑，对一个正弦信号进行取样，量化，编码，形成一个正弦函数表，存储在存储器中。合成时，通过改变相位累加器的频率控制字，来改变相位增量，相位增量的不同将导致一周的取样点的的不同，因角频率ω=Δφ/Δt，在取样频率不变的情况下，通过改变相位累加器的频率控制字，将这种变化的相位/幅值量化的数字信号通过D/A变化及低通滤波器，即可得到合成的相位变化的模拟信号。由于AD7008集成电路集相位调制，频率调制，幅度调制及I/O正交调制等多功能于一身，输出信号频率最高可达