便攜式多功能虛擬示波器設計

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1、便攜式多功能虛擬示波器設計便攜式多功能虛擬示波器設計便攜式多功能虛擬示波器設計DesignofPortableMultifunctionalVirtualOscilloscope鄭興凱李宇成鄭勇(北方工業(yè)大學模糊控制與智能裝置研究室,北京100041)摘要給出了一個簡單便攜式虛擬示波器及信號發(fā)生器的設計方法,從軟件到硬件兩方面做了詳細闡述.采用新一代高度集成的C8O51F02O為核心設計的數(shù)據(jù)采集板和由VB編寫的上微機軟件可以簡單的實現(xiàn)8通道的信號測量和多種信號輸出.關鍵詞:虛擬示波器,信號發(fā)生,數(shù)據(jù)采集,C8o

2、51F020AbstractThisPapergivesadesignmethodologyofsimpleportablevirtualoscil!oscopeandsignalgenerator.andexplaineditssoftwareandhardwareexplicitly.ThesystemiscomposedofdataacquisitionboarddesignedmostlybyanewgenerationofhighlyintegratedC8051F02Oandsoftwareprepa

3、redbyVisualBasic.Itcaneasilycollectsignalsfromeightchannelsandexportmultiplesignals.Keywords:virtualoscilloscope.signalgenerator,datacollection.C8051F020虛擬示波器一般由一塊基于PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡和相應的軟件及一臺具有PCI插槽的電腦組成,這種組成的虛擬示波器比較累贅,裝卸不便.具有USB接口的虛擬示波器則有著攜帶和使用方便的優(yōu)勢.1虛擬示波器總體設計便

4、攜式虛擬示波器由具有USB通訊接El的數(shù)據(jù)采集板和相應的軟件及一臺電腦組成.數(shù)據(jù)采集板能實現(xiàn)8通道的數(shù)據(jù)采集,2通道的數(shù)據(jù)輸出,能輸出各種常用波形.與計算機之間通過USB接口進行數(shù)據(jù)通訊,支持熱插拔,可以方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡與計算機之間的連接和斷開,計算機可采用具有便攜功能的筆記本電腦或臺式機.數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)的主要功能是一方面將模擬電壓信號轉換成數(shù)字信號,并且通過USB接El發(fā)送給計算機;另一方面,通過USB接El接收計算機發(fā)送的數(shù)字信號并且將此數(shù)字信號轉換成模擬信號輸出.數(shù)據(jù)采集通道的原理是:將外部范圍為一5-

5、+5V的輸入電壓通過變換電路轉換成范圍為0-3V的可供AD轉換器轉換的電壓,再經(jīng)過AD轉換器轉換成計算機可識別的數(shù)值,然后將數(shù)字通過串口轉USB電路發(fā)送給計算機;數(shù)據(jù)輸出通道的原理是:通過串轉USB電路接收計算機發(fā)送來的數(shù)字信號,然后通過DA轉換器將數(shù)字信號轉換成0-3V的模擬信號,最后通過電壓變換電路將0～3V的電壓轉換成范圍為-5-+5V的電壓.數(shù)據(jù)采集卡硬件電路結構如圖1所示.o2o圖1數(shù)據(jù)采集卡硬件電路結構2虛擬示波器硬件設計2.1微控制器的選擇數(shù)據(jù)采集卡的微控制器采用SiliconLaboratorie

6、s公司的C8051F02O,此單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(SOC),具有與MCS一51完全兼容的指令內核,具有高速,流水線結構,可達25MIPS.具有全速,非侵入式的系統(tǒng)調試接口,方便程序的下載,調試;具有真正12位,100Ksps的8通道ADC,帶PGA和模擬多路開關,可以滿足數(shù)據(jù)采集卡模數(shù)轉換的需要;兩個12位DAC,具有可編程數(shù)據(jù)更新方式,可以滿足數(shù)據(jù)采集卡數(shù)模轉換的需要;64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲器,以及4352字節(jié)的片內RAM,足可滿足軟件編程需要;兩個UART串行接口方便單片機和

7、計算機的通訊.C8051F020的ADC0子系統(tǒng)包括一個9通道的可編程模擬多路選擇器(AMUX0),一個可編程增益放大器(PGA0)和一個100Ksps,12位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC,ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗El檢測器.只有當ADC0控制寄存器中的ADOEN位被置"1"時ADC0子系統(tǒng)(ADC0,跟蹤保持器和PGA0)才被允許工作.當ADCOEN位為"0"時,ADC0子系統(tǒng)處于低功耗關斷方式.ADC0的電壓基準選用外部電壓基準,通過AS1117得到3.OV參考電壓,連接到ADCO的外部基準電壓

8、輸入引腳VREF0,這樣ADC0的可轉換范圍為0~+3V.C8051F020器件有兩個片內12位電壓方式數(shù)/模轉換器(DAC).每個DAC的輸出擺幅均為0V到(VREF一1LSB),對應的輸入碼范圍是0x000到0xFFF.可以用對應的控制寄存器DACOCN和DAC1CN使能/禁止DAC0和DAC1.在被禁止時,DAC的輸出保持在高阻狀態(tài),DAC的供電電流降到1或更小.D