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简易数字存储示波器__:陈勇张勋储成火摘要本简易数字存储示波器以C8051F为控制和数据处理为核心由__调理模块.A/D转换模块.数据存储模块.D/A模块.方波整形模块.触发模块.程控增益控制模块和人机接口模块组成.采用示波器输出一个DC-50KHZ的正弦波__经程控增益转换后进行电平移位把双极性__变为单极性__进行A/D采样存储后再D/A后回放.水平扫描控制通过控制器产生一个水平扫描__进行行扫描.用示波器可以观察到通过按键控制可以进行水平扫描还有一部分数据可以通过液晶显示.为了提高测量精度把各部分电路的误差合理分配使电路达到最佳的测量的效果.一总体设计和单元电路的实现
1.1总体方框图本系统由8051F单片机增益控制模块电平移位模块过零比较模块高速A/D和高速D/A模块组成;以下是单通道__发数字示波器的方框图;
1.2电源模块设计电源的稳定如否直接关系着系统是否稳定因此设计出高稳定性的电源是必不可少的同时由于不同的集成电路工作的电压不一样为了让它们都工作在最佳状态必须给它们提供适当的电源电压.一般最常用的是-5V+5V和-12V-+12V因此我们设计出了相应的电源给它提供了各种滤波措施都是为了让它输出的电源稳定.
1.3程控增益模块由于本设计要求垂直的灵敏度设置为
0.01V/div
0.1V/div1V/div以
0.01V/div说明此时示波器满刻度显示时是
0.01x8=
0.08V也就是当我们输入的__是
0.08V时刚好满度显示但是A/D采样的电压在2V那么它的增益A=2/
0.08=
25.同理
0.1V/div时A=2/
0.8=
2.5;1V/div时A=2/8=
0.25由此我们可以设计出程控增益放大器;当Vin
0.08时A=25;当Vin
0.8时A=
2.5;当Vin8时A=
0.25;由上可知要设计此程控增益放大器对放大器的要求比较高特别是线性度越高越好在这里我们选择LF356;
1.4电平移位由于单片机对双极性的__采集有很大的困难误差也很大所以在采集之前要把双极性的__变单极性的__这样对单极性__采集就相对容易电路图如下
1.5A/D和D/A模块A/D和D/A是本设计的核心部分它的速度直接影响波形输出的好坏控制器C8051F内部集成有A/D和D/A但是它的采样速率是100kbps而本设计要求能够对50KHZ以下的频率能进行采样后恢复由此可知道当在50KHZ时采样点数n=100KHZ/50KHZ=2即在一个周期内只能采样2个点是不可能恢复出完整的波形在一个周期中采样的点数越多恢复出来的波形也就越__.设在一个周期内采样100个点可知在50KHZ时的采样率是5MHZ对C8051F单片机的采样率是远远不够的因此就需要更高采样速率的A/D和D/A;转换芯片我们用了20MHZ采样速率的TLC5510的A/D转换芯片可以完成50KHZ的采样而且可以完整的恢复出来同样也用了高速的D/A芯片THS5651使输出的波形近似于输入波形使误差降到了最低.以下是A/D和D/A芯片的简要介绍:
1.6整形电路模块要使控制器时时保持同样的采样的点数就要对不同的频率的周期进行计算但是我们输入的__是正弦__因此先得把它给整形成方波__这样便天单片机处理我们用LM339进行过零比较可以把它较好的给整形电路原理图如下:��系统入口�系统初始化�读取按键值2数据采集�1三角波源�7垂直速度�6水平速度�5参数显示�4单次触发�3数据回放�返回�二.系统调试与系统测试
2.1系统调试根据方案设计要求,调试过程共分三大部分,硬件调试,软件调试,软件和硬件联调电路按模块逐个调试,各模块调试通过后在联调程序先在最小系统板调试,通过后在软硬联调硬件调试主要是考虑怎么把各个模块的测量误差降到最低,把误差控制在最小范围内A/D和D/A转换的精度、过零比较的速度、放大电路的倍率等都是系统的主要误差来源由于在系统的硬件设计中考虑到各个部分电路的误差分配,尽量将误差降低到最小软件和硬件的联合调试过程中,我们运用的相应的软件补偿和硬件补偿措施,保证把误差控制在一个小范围内波动
2.2指标测试
2.
2.1测试仪器TDS1002数字示波器DF2172B交流毫伏表GFG-8216A低频函数发生器DF1731__2A直流稳压电源三.结束语通过以上的设计系统可以对50KHZ以下的交流__进行采样存储恢复系统能够满足题目的基本要求.系统利用各种抗干扰技术和补偿电路把测量误差控制在最小范围内.。