簡易數(shù)字存儲示波器

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1、目錄1任務(wù)分析32方案論證和比較42.1處理器的比較和選擇42.2信號前向調(diào)整模塊的設(shè)計方案42.3A/D轉(zhuǎn)換器選型方案42.4顯示設(shè)備的選擇53系統(tǒng)硬件設(shè)計53.1總體設(shè)計思路53.2信號前向調(diào)整模塊53.3頻率計的基本原理63.4MSP430F247處理器73.5存儲器83.6顯示輸出電路93.7鍵盤設(shè)計93.8電源穩(wěn)壓保護(hù)電路104軟件設(shè)計105系統(tǒng)測試116　結(jié)束語127參考文獻(xiàn)138附錄14附錄1系統(tǒng)電路總圖14附錄2制作實(shí)物圖15第15頁摘要本設(shè)計是一種簡單實(shí)用的數(shù)字存儲示波器。該設(shè)計主要由四個模塊電路組成：前端信號處理模塊、數(shù)據(jù)的采集與存儲模塊、鍵盤輸入控制模塊、單片機(jī)控制模塊與

2、LCD顯示模塊。采樣率可達(dá)1M，并具有數(shù)據(jù)的采集、顯示菜單、單次觸發(fā)、存儲顯示等功能。本設(shè)計以MSP430F247單片機(jī)為核心，采用運(yùn)算放大器OPA2132，對大小信號分別進(jìn)行放大處理；LCD12864顯示波形，并且可以顯示當(dāng)前的時間掃描靈敏度和垂直靈敏度狀態(tài)。此外作品大大優(yōu)化了外圍硬件線路的設(shè)計，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。關(guān)鍵詞：示波器數(shù)字存儲高速AD轉(zhuǎn)換，第15頁簡易數(shù)字存儲示波器1設(shè)計任務(wù)設(shè)計并制作一個簡易數(shù)字存儲示波器(簡易DSO)?；疽?1)可以顯示測量的波形，(2)垂直靈敏度：0.01V/div，0.02V/div，0.05V/div，0.1V/div，0.2V/div，0.

3、5V/div，1V/div，2V/div，5V/div誤差≤5%；(3)水平掃速：30μs/div，50μs/div，100μs/div，200μs/div，500μs/div，1ms/div，2ms/div，5ms/div，10ms/div，20ms/div，50ms/div，100ms/div，200ms/div，1s/div，誤差≤5%；(4)可測量的模擬輸入信號的電壓范圍在10mV-5V。信號頻率：0.05Hz-30kHz(5)單次觸發(fā)、擴(kuò)展、觸發(fā)電平可調(diào)；(6)顯示波形無明顯失真。發(fā)揮部分（1）連續(xù)觸發(fā)存儲方式，并有“鎖存功能”；（2）具有移相功能。（3）垂直靈敏度0.01V/div

4、，低輸入噪聲電壓。第15頁1任務(wù)分析根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求，必須實(shí)現(xiàn)信號的放大、衰減，采集和波形顯示。這需要選擇合適的運(yùn)放，A/D轉(zhuǎn)換器，處理器和顯示設(shè)備。2方案論證和比較2.1處理器的比較和選擇方案一：如圖以AT89S51單片機(jī)為控制核心，對輸入信號進(jìn)行增益放大或衰減后，通過A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，通過單片機(jī)將數(shù)據(jù)鎖存至外部RAM，然后再通過單片機(jī)將數(shù)據(jù)送至顯示屏顯示，這種方案結(jié)構(gòu)較為簡潔，但A/D的最高采樣速度比較高，無法利用AT89S51單片機(jī)直接采集這樣速率的數(shù)據(jù)。方案二：而由美國德州儀器公司（TI）推出的MSP430系列超低功耗16位處理器內(nèi)部具有4K的RAM，并且具有很

5、高的處理速度，檢測的信號進(jìn)行增益放大或衰減后，直接輸入MSP430F247單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，最后通過LCD顯示出波形。方案比較：MSP430F247單片機(jī)的高速運(yùn)算能力和較大的數(shù)據(jù)存儲器，既可滿足輸入信號的采樣速度和精度，又有足夠的空間存儲采集的數(shù)據(jù)，從而使得外圍電路簡單所以采用方案二。2.2信號前向調(diào)整模塊的設(shè)計方案方案一：采用集成程控放大器(例如:PGA103)作為信號的前向輸入通道，根據(jù)輸入信號的幅度選擇不同的放大／衰減倍數(shù)，以達(dá)到Ａ／Ｄ所要求的輸入范圍。在系統(tǒng)前端采用集成器件，對抑制系統(tǒng)的噪聲是很有幫助的,而且這種器件控制簡單,使用方便。方案二：為了使不同幅度的輸入信號都能被Ａ

6、／Ｄ所采樣，模擬輸入信號需要放大或衰減，在采樣電路的前端采用本次大賽提供的TI公司的OPA2132運(yùn)算放大器應(yīng)對輸入信號進(jìn)行一定的放大／衰減。方案選擇：根據(jù)需要，輸入信號的幅度范圍為10mV～2V，則需要放大200倍，OPA2132運(yùn)算放大器完全能滿足要求。因此選擇方案二。2.3A/D轉(zhuǎn)換器選型方案信號電壓的數(shù)字轉(zhuǎn)換決定著測量的精度與準(zhǔn)確度，這是本設(shè)計的關(guān)鍵部分之一。方案一：采用德州公司的ADS804E器件，該器件可將模擬信號轉(zhuǎn)化為12位的數(shù)字信號，輸出具有自動校準(zhǔn)功能。采樣速度能夠滿足采樣轉(zhuǎn)換的要求。方案二：采用MSP430F247單片機(jī)自帶的ADC，可將模擬信號轉(zhuǎn)化為12位的數(shù)字信號，采樣

7、速度能夠滿足采樣轉(zhuǎn)換的要求。MSP430F247內(nèi)部的A/D將接收到的經(jīng)過處理的模擬信號進(jìn)行實(shí)時采樣，然后以逐次逼近的方式進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，最后存儲在片內(nèi)RAM中。然后將RAM中的數(shù)據(jù)顯示成波形。方案選擇：MSP430F247單片機(jī)的高速ADC第15頁完全可以滿足本設(shè)計的要求。因此選擇方案二。2.4顯示設(shè)備的選擇方案一：使用點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊12864顯示，；其顯示分辨率為128×64,利用該模