数字示波器论文 数字存储示波器的总体设计.doc

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1、1数字存储示波器的总体设计        本方案主要是设计一个集多路数据采集、显示、打印等多项功能于一体的智能测试仪器，满足自动控制原理课程的实验要求。系统总的框图如图1所示。      在自动控制原理实验中，有些典型环节的动态时间较小，只有几百个微秒甚至几十个微妙。为准确得到这些典型环节的动态特征，要求仪器有较快的数据采集速度，也就是必须采用快速的CPU和A/D转换器。     本设计采用DS80C320高速单片机，它的单指令周期只需四个机器振荡周期完成；在相同的时钟频率下它的运行速度是51系列单片机的3倍，并且时钟频

2、率可达40M。在典型时钟频率为13MHz条件下，单周期指令执行时间是110ns。DS80C320的指令、引脚和80C32兼容，且DS80C320内部有3个16位定时器/计数器、2个全双工串行口、13个中断源(6个外部中端源)、2个数据指针DPTR0和DPTR1。两个数据指针的设置使得单片机对RAM的读写更加方便、快捷，进一步提高了单片机存取数据的速度。        考虑到有些环节的动态时间较长，可能达到几十秒，系统采用统一的信号采集时间显然是不现实的。为此系统外扩了键盘，由键盘输入来设定数据采集的时间。此设定功能通过四

3、个独立式按键完成，这四个按键还用于实时显示、回显、翻页、打印等功能的选择。        A/D转换器选用MAXIM公司生产的MAX197，显示部分采用128*64点阵液晶显示模块来实现，打印输出选用面板式微型针式打印机完成。扩展的程序存储器选用27C512，容量为64KB。扩展的外部数据存储器选用62C256，容量为32KB，占用低32KB地址单元，它的片选信号接A15。A/D芯片的接口地址为CXXXH，液晶的口地址为AXXXH，打印机的口地址为8XXXH。地址译码由GAL16V8完成。     2硬件设计     2

4、.1单片机与A/D转换器的接口电路          MAX197是美国美信公司(MAXIM)推出的多输入范围、多通道12位模数转换器。它只需单电源+5V供电，通过软件编程选择8个输入通道中的一个进行转换。每个输入通道模拟信号的输入范围也可以编程选择：±10V，±5V，0～10V，0～5V。     芯片内自带采样保持器和内部参考电压，单次转换时间仅为6μs，采样速率可达100Kps，该芯片的转换启动和各参数的设定只用一条写指令来完成。转换后的结果分两次输出，输出低8位还是高4位由HBEN决定。MAX197的12位三态并

5、行接口使得其与80C320的连接非常方便，图2所示是MAX197和单片机的接口电路图。80C320的P14用于控制读低8位或高4位，单片机P32接MAX197的INT脚，当模数转换结束后，INT0脚变为低电平，触发单片机的外部中断。单片机可采用中断方式采集数据，也可采用程序查询INT0是否变低来采集数据。     2.2单片机与液晶显示模块MGLS-128*64T的接口          液晶模块选用香港精电公司的MGLS??128*64T模块，它采用6963C控制器。硬件接口比较简单，软件编程并不复杂。MGLS-128

6、*64T既有字符显示功能，也有图形显示功能，还具有显示合成功能。利用这些显示功能可以很方便地显示测量的数据、曲线等。由于系统需要显示的字符不多，为减少编程的复杂性，液晶显示采用统一的图形显示方式。字符统一采用8*8点阵显示，汉字统一采用16*16点阵显示。需要显示的字符和汉字点阵数据由字模提取软件产生，写入ROM后供单片机进一步显示使用。          LCD模块接口有数据总线、数据和指令读写控制线，它和CPU的连接有直接控制方式和间接控制方式，本文采用直接控制方式，其接口电路如图3所示。A0接液晶的C/D引脚，这样

7、液晶的数据口地址为A000H，命令口地址为A0001H。     2.3单片机与TPUP40打印机的接口          TPUP40面板式微型打印机是新近推出的一种超小型点阵针式打印机，它的指令和TPUP16兼容，硬件接口也和TPUP16一样。自带微处理器及部分字库，具备图形和曲线打印功能。TPUP40和80320的接口电路如图4所示。        3软件设计           本仪器的软件采用FranklinC51语言编写，使用C语言的优点在于程序编写方便，可读性强，便于模块化，便于维护和升级。以液晶显示为例，

8、下面是用FranklinC51编写的一些初始化和基本读写子程序。       在上面子程序的基础上，可以进一步实现对所测数据、曲线的液晶显示。同样用C51编写了键盘读入、A/D采集、打印管理等子模块程序。键盘读入采用查询方式，主程序循环查询是否有按键按下，并根据按键进行相应的设置，设置完成后进行相应的数据采集、处理和