基于单片机的数字存储示波器设计.doc

目录 1 前言 1 1.1选题的背景意义和研究现状 1 1.1.2国内外研究现状 1 1.2设计的任务和要求 2 1.2.1设计的基本要求 2 1.2.2课题的具体工作内容 2 1.2.3论文的结构安排 3 2 数字示波器的基本原理 4 2.1数字存储示波器的基本原理 4 2.1.1数字存储示波器的组成原理 4 2.1.2数字存储示波器的工作方式 5 2.1.3数字存储示波器的显示方式 6 2.1.4数字存储示波器的特点 7 2.2系统的方案设计 8 2.2.1系统的控制 9 2.2.2输入模拟信号的处理 9 2.2.3数字信号的采集与存储 10 3 系统硬件电路的设计 11 3.1单片机及其外围电路 11 3.2信号输入电路单元 12 3.2.1输入调理电路设计 12 3.2.2阻抗变换电路设计 13 3.2.3电平移位电路设计 14 3.2.4频率计算电路设计 14 3.3 A/D转换电路 19 3.3.1ADC芯片的选取 19 3.3.2AD转换电路的硬件设计 22 3.4存储单元电路 23 3.4.1存储芯片的选取 23 3.4.2存储单元硬件电路设计 23 3.5按键控制电路 24 3.6液晶显示接口电路 26 4 系统功能的软件设计 28 4.1单片机软件开发系统 28 4.2主程序设计及流程图 28 4.3频率及幅值计算子程序设计 29 4.3.1频率计算的原理及程序流程图 29 4.3.2幅值计算的原理及程序流程图 30 4.4按键子程序 31 4.5显示子程序 32 5 结论和展望 34 5.1结论 34 5.2展望 34 致 谢 35 参考文献 36 1 前言 1.1选题的背景意义和研究现状 1.1.1选题的背景和意义 1909年的诺贝尔物理奖得主Karl Ferdinand Braun于1897年发明世界上第一台阴极射线管示波器，至今许多德国人仍称CRT为布朗管(Braun Tube)。 根据IEEE的文献记载1972年英国的Nicolet公司发明了第一台的数字示波器(DSO) ，1996年惠普科技(安捷伦科技前身)发明了全球第一台混合信号示波器(MSO)，数字示波器自上个世纪七十年代诞生以来 ，其应用越来越广泛，已成为测试工程师必备的工具之一 。随着电子技术、计算机技术、通信技术和自动化技术的高速发展,电子测量仪器也有了巨大的发展。20GHz ，可以广泛应用于各种千兆以太网 、光通讯等测试领域 。而低端数字存储示波器几乎可以应用于国民经济各个领域的通用测试，同时可广泛应用于高校及职业学校的教学，为社会培养众多的后备人才。数字存储示波器的技术基础是数据采集，其设计技术可以应用于更广泛的数据采集产品中 ，具有深远的意义 。 为了巩固大学4年来所学的知识 ，将课本上的理论知识运用到实际中，而且能掌握和了解本专业的仪器测量这块的先进发展趋势，我选择了简易数字存储示波器这个题目作为的大学毕业设计题目。 1.1.2国内外研究现状 自从1972年世界上第一台数字存储示波器(DSO ，又称数字示波器)问世以来，经历了三个发展阶段。1986年以前为DSO发展的初期阶段，当时的取样率较低，一般不超过50MSa/s，带宽在20MHz以下 ，结构形式以数字存储加传统模拟示波器二合一的组合式为主，功能少，性能低 。主要代表性产品有美国哥德(Gould)公司生产的4035，HP公司生产的HP54200。1986年--1994年，伴随高速ADC和高速RAM的迅速发展，DSO的发展也进入了快车道 ，取样率达到了4GSa/s，记录长度超过32K。每年各示波器生产厂商都推出新的型号，技术上开始走向成熟 。1989年，HP公司率先停止了模拟示波器的生产 ，专心培育数字示波器市场。到1993年，DSO的销售额就超过了传统模拟示波器，使持续将近半个世纪的模拟示波器市场发生动摇。1995年以后，DSO在技术上己经成熟 ，带宽在100MHz以上，DSO已经完全取代了模拟示波器。2004年10月，AGILENT公司推出了具震撼性的DS081304A数字存储示波器，带宽3GHz，上升时间23ps，最高采样率40GHz 。这时，除了继续提高取样率(最高达40GSa/s)、带宽(达20GHz)和增加记录长度(达16MB)外，DSO制造商开始向100MHz以下带宽的通用DSO方向发展，并且性价比迅速提高。1996年，AGILENT公司面向通用DSO市场推出了100MHz带宽的数字存储示波器54645A及首款混合信号示波器54645D 。AGILENT公司在后续推出的54620/40A/D系列混合信号示波器中提供了强大的串行触发能力 ，包括SPI、USB、IZE、LIN、和EAN等。通用D