數(shù)字存儲示波器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　　題 目 數(shù)字存儲示波器</p><p>　　系 別 航空電子電氣工程系</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字存儲示波器是隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新型智能化示波器，已經(jīng)成

2、為電子測量領(lǐng)域的基礎(chǔ)測試儀器。其技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，該技術(shù)可以應(yīng)用于更廣泛的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中，具有深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　本文介紹了數(shù)字存儲示波器的基本概念及原理，描述設(shè)計了一個簡易的基于單片機的數(shù)字存儲示波器的硬件和軟件的實現(xiàn)過程，并通過調(diào)試實現(xiàn)了其功能和主要技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　其硬件部分主要由單片機系統(tǒng)、輸入調(diào)理電路、ADC轉(zhuǎn)換器、存儲器、按鍵和液晶顯示組成。實現(xiàn)過

3、程是以AT89S52 單片機為控制中心、62256為存儲器，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實時采樣實現(xiàn)對輸入信號的提取，并進(jìn)行數(shù)字化的存儲，顯示及相應(yīng)的按鍵功能。</p><p>　　軟件部分由主程序和子程序模塊組成，主要實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換器的啟動及對采樣數(shù)據(jù)的存儲，頻率及幅值的計算，按鍵及液晶屏的控制。程序是在keil uVision的集成開發(fā)環(huán)境中用C語言寫成，模塊化的編程使得程序具有可讀性和易于維護(hù)的特點。</p&g

4、t;<p>　　最后，用protel 99SE設(shè)計并制作了數(shù)字示波器的印制電路板PCB。并完成了樣機的制作和調(diào)試。在實驗室里，進(jìn)行了測試，結(jié)果表明系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：數(shù)字存儲示波器，單片機，ADC轉(zhuǎn)換器，存儲器，顯示</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Digita

5、l storage oscilloscope is a digital integrated circuit technology with the emergence of a new intelligent oscilloscope, has become the basis for the field of electronic measurement test equipment. The technology is based

6、 on data collection, the technology can be applied to a wider range of data acquisition products, has far-reaching significance.</p><p>　　This paper introduces the digital storage oscilloscope basic concept

7、and principle, describe the design of a simple microcontroller-based digital storage oscilloscope hardware and software implementation process, and achieved through the commissioning function and the main technical indic

8、ators.</p><p>　　The hardware is composed of MCU system, input conditioning circuitry, ADC converter, memory, keypad and LCD display component. AT89S52 MCU implementation process is the control center, 62256

9、for the memory, through the ADC, real-time sampling to achieve the extraction of the input signal and for digital storage, display and the corresponding key function.</p><p>　　Software in part by the main pr

10、ogram and subroutine modules, the main achievement of the A / D converter start and the sampling data storage, frequency and amplitude of the calculation, the control buttons and LCD screen. Program is in keil uVision in

11、tegrated development environment written using C language, modular programming makes the program readable and easy to maintain.</p><p>　　Finally, protel 99SE digital oscilloscope designed and produced printe

12、d circuit board PCB. And completed the prototype of the production and debugging. In the laboratory, tested, results showed the system to meet the design requirements.</p><p>　　KEY WORDS:Digital storage osci

13、lloscope, MCU, ADC converter,memory,Display</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 前言1</b></p><p>　　1.1選題的背景意義和研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1選題的背景和意義1</p&

14、gt;<p>　　1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2設(shè)計的任務(wù)和要求2</p><p>　　1.2.1設(shè)計的基本要求2</p><p>　　1.2.2課題的具體工作內(nèi)容3</p><p>　　1.2.3論文的結(jié)構(gòu)安排3</p><p>　　2 數(shù)字示波器的基本原理5<

15、/p><p>　　2.1數(shù)字存儲示波器的基本原理5</p><p>　　2.2系統(tǒng)的方案設(shè)計9</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的控制10</p><p>　　2.2.2輸入模擬信號的處理10</p><p>　　2.2.3數(shù)字信號的采集與存儲11</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的

16、設(shè)計13</p><p>　　3.1單片機及其外圍電路13</p><p>　　3.2信號輸入電路單元14</p><p>　　3.2.1輸入調(diào)理電路設(shè)計14</p><p>　　3.2.2阻抗變換電路設(shè)計15</p><p>　　3.2.3電平移位電路設(shè)計16</p><p>　　

17、3.2.4頻率計算電路設(shè)計16</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路20</p><p>　　3.3.1ADC芯片的選取20</p><p>　　3.3.2AD轉(zhuǎn)換電路的硬件設(shè)計24</p><p>　　3.4存儲單元電路25</p><p>　　3.4.1存儲芯片的選取25</p>&

18、lt;p>　　3.4.2存儲單元硬件電路設(shè)計25</p><p>　　3.5按鍵控制電路26</p><p>　　3.6液晶顯示接口電路28</p><p>　　4 系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計31</p><p>　　4.2主程序設(shè)計及流程圖31</p><p>　　4.3頻率及幅值計算子程序設(shè)計32<

19、/p><p>　　4.3.1頻率計算的原理及程序流程圖32</p><p>　　4.3.2幅值計算的原理及程序流程圖33</p><p>　　4.4按鍵子程序34</p><p>　　4.5顯示子程序35</p><p>　　5 存儲示波器的制作與調(diào)試37</p><p>　　5.1調(diào)試和

20、測試所用的儀器37</p><p>　　5.2樣機的制作與調(diào)試37</p><p>　　5.2.1PCB設(shè)計軟件37</p><p>　　5.2.2調(diào)試39</p><p>　　5.3測試與結(jié)果分析40</p><p>　　5.3.1測試方案及方法40</p><p>　　5.3.2

21、測試數(shù)據(jù)記錄41</p><p>　　5.3.3測試結(jié)果分析42</p><p>　　6 結(jié)論和展望43</p><p><b>　　6.2結(jié)論43</b></p><p><b>　　6.2展望43</b></p><p><b>　　致 謝44&l

22、t;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　附錄：46</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1選題的背景意義和研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1選題的

23、背景和意義</p><p>　　1909年的諾貝爾物理獎得主Karl Ferdinand Braun于1897年發(fā)明世界上第一臺陰極射線管示波器，至今許多德國人仍稱CRT為布朗管(Braun Tube)。 根據(jù)IEEE的文獻(xiàn)記載1972年英國的Nicolet公司發(fā)明了第一臺的數(shù)字示波器(DSO)，到1996年惠普科技(安捷倫科技前身)發(fā)明了全球第一臺混合信號示波器(MSO)，數(shù)字示波器自上個世紀(jì)七十年代誕生以來，

24、其應(yīng)用越來越廣泛，已成為測試工程師必備的工具之一。時間到了21世紀(jì)這是一個科學(xué)和技術(shù)都在飛速發(fā)展的時代，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動化技術(shù)的高速發(fā)展,電子測量儀器也有了巨大的發(fā)展。數(shù)字式示波器就以其存儲波形及多種信號分析、計算、處理等優(yōu)良的性能從而逐步取代模擬示波器。用數(shù)字示波器能完成對信號的一次性采集，把波形存儲起來，還可以通過移位操作觀察波形的任何一部分等等。</p><p>　　數(shù)字存儲示波器是

25、隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新型智能化示波器，己經(jīng)成為電子測量領(lǐng)域的基礎(chǔ)測試儀器。隨著新技術(shù)、新器件的發(fā)展，它正在向?qū)拵Щ⒛K化、多功能和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。數(shù)字存儲示波器的優(yōu)勢是可以實現(xiàn)高帶寬及強大的分析功能?，F(xiàn)在高端數(shù)字存儲示波器的實時帶寬已達(dá)到20GHz，可以廣泛應(yīng)用于各種千兆以太網(wǎng)、光通訊等測試領(lǐng)域。而低端數(shù)字存儲示波器幾乎可以應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域的通用測試，同時可廣泛應(yīng)用于高校及職業(yè)學(xué)校的教學(xué)，為社會培養(yǎng)眾多的后備人才

26、。數(shù)字存儲示波器的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)采集，其設(shè)計技術(shù)可以應(yīng)用于更廣泛的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中，具有深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　為了鞏固大學(xué)3年來所學(xué)的知識，將課本上的理論知識運用到實際中，而且能掌握和了解本專業(yè)的儀器測量這塊的先進(jìn)發(fā)展趨勢，我選擇了簡易數(shù)字存儲示波器這個題目作為的大學(xué)畢業(yè)設(shè)計題目。</p><p>　　1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　自從19

27、72年世界上第一臺數(shù)字存儲示波器(DSO，又稱數(shù)字示波器)問世以來，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。1986年以前為DSO發(fā)展的初期階段，當(dāng)時的取樣率較低，一般不超過50MSa/s，帶寬在20MHz以下，結(jié)構(gòu)形式以數(shù)字存儲加傳統(tǒng)模擬示波器二合一的組合式為主，功能少，性能低。主要代表性產(chǎn)品有美國哥德(Gould)公司生產(chǎn)的4035，HP公司生產(chǎn)的HP54200。1986年--1994年，伴隨高速ADC和高速RAM的迅速發(fā)展，DSO的發(fā)展也進(jìn)入了快車道

28、，取樣率達(dá)到了4GSa/s，記錄長度超過32K。每年各示波器生產(chǎn)廠商都推出新的型號，技術(shù)上開始走向成熟。1989年，HP公司率先停止了模擬示波器的生產(chǎn)，專心培育數(shù)字示波器市場。到1993年，DSO的銷售額就超過了傳統(tǒng)模擬示波器，使持續(xù)將近半個世紀(jì)的模擬示波器市場發(fā)生動搖。1995年以后，DSO在技術(shù)上己經(jīng)成熟，帶寬在100MHz以上，DSO已經(jīng)完全取代了模擬示波器。2004年10月，AGILENT公司推出了具震撼性的DS081304A數(shù)

29、字存儲示波器，帶寬3GHz，上升時間23ps，最高采樣率40GHz。這時，除了繼續(xù)提高取樣率(最高達(dá)40GSa/</p><p>　　目前，100MHz數(shù)字存儲示波器的代表性產(chǎn)品，國外的主要有Agilent公司的5000系列，Tektronix公司的TDSl000、TDS2000系列。國內(nèi)DSO的研制工作起步較晚，第一臺DSO于1993年在電子部41研究所研制成功，但是起步水平較高，最先推出的是取樣率為40MSa

30、/s，帶寬分別為750MHz和800MHz的兩個型號產(chǎn)品。到96年就把帶寬提高到了1GHz。98年把取樣率提高到1GSa/s。研制中的100MHz帶寬的深存儲型DSO已經(jīng)取得了階段性成果。目前主要的生產(chǎn)廠家是美國安捷倫公司、泰克公司、力科公司、臺灣的固緯公司、國內(nèi)的中國電子科技集團(tuán)第41研究所和北京普源精電公司等。</p><p>　　1.2設(shè)計的任務(wù)和要求</p><p>　　1.2.1

31、設(shè)計的基本要求</p><p>　　1.要求儀器的輸入阻抗大于100K?。</p><p>　　2.要求設(shè)置0.6ms/div、1.2ms/div二檔掃描速度，誤差≦10%。</p><p>　　3.要求設(shè)置0.5V/div、0.75V/div二擋垂直靈敏度，誤差≦10%。</p><p>　　4.儀器的頻率范圍為DC~10kHz，觸發(fā)方式采

32、用內(nèi)觸發(fā)。</p><p>　　5.觀測波形無明顯失真。</p><p>　　1.2.2課題的具體工作內(nèi)容</p><p><b>　　1.原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　?。?）輸入信號：0～5V、頻率（0～1KHz）。</p><p>　　（2）存儲深度320B。</p>&

33、lt;p><b>　　2.技術(shù)要求：</b></p><p>　?。?）測量準(zhǔn)確度：±10%</p><p>　?。?）點陣式液晶顯示 </p><p><b>　　3.工作要求：</b></p><p>　?。?）組建基于單片機的簡易數(shù)字示波器的總體結(jié)構(gòu)框圖，如圖1-3所示

34、；</p><p>　　（2）根據(jù)設(shè)計測量范圍和準(zhǔn)確度要求，通過理論分析和計算選擇電路參數(shù)；</p><p>　　（3）根據(jù)操作功能要求，確定鍵盤控制功能；</p><p>　?。?）按設(shè)計要求確定顯示位數(shù)、指示類型和單位；</p><p>　?。?）采用C語言編寫應(yīng)用程序并調(diào)試通過；</p><p>　　（6）對系統(tǒng)

35、進(jìn)行測試和結(jié)果分析；</p><p><b>　?。?）撰寫論文。</b></p><p>　　圖1-3系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　1.2.3論文的結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　1 前言，2 示波器的基本原理，3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，4 系統(tǒng)功能的軟件設(shè)計，5 存儲示波器的制作與調(diào)試，6 結(jié)論與展望。</p

36、><p>　　2 數(shù)字示波器的基本原理</p><p>　　2.1數(shù)字存儲示波器的基本原理</p><p>　　1.數(shù)字存儲示波器的組成原理</p><p>　　一個典型的數(shù)字示波器原理框圖如圖2-1所示，它又分實時和存儲兩種工作模式，當(dāng)處于實時工作模式時，其電路組成原理和一般模擬示波器是一樣的。當(dāng)處于存儲工作模式時，它的工作過程一般分為存儲和顯

37、示兩個階段，在存儲工作階段，模擬輸入信號先經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆糯蠡蛩p，然后經(jīng)過取樣和量化兩個過程的數(shù)字化處理，將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信號，最后，數(shù)字化信號在邏輯控制電路的控制下一次寫入到RAM中。</p><p>　　圖2-1數(shù)字示波器原理框圖</p><p>　　上述取樣是獲得模擬輸入信號的離散值，而量化則是每個取樣的離散值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字。且取樣,量化及寫入過程都是在同一時鐘頻

38、率下進(jìn)行的。在顯示工作階段，將數(shù)字信號從存儲器中讀出來，并經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，經(jīng)垂直放大器放大加到CRT的Y偏轉(zhuǎn)板。與此同時，CPU的讀地址計數(shù)脈沖加之DA轉(zhuǎn)換器，得到一個階梯波的掃描電壓，加到水平放大器放大，驅(qū)動CRT的X偏轉(zhuǎn)板，從而實現(xiàn)在CRT上以稠密的光點包絡(luò)重現(xiàn)模擬信號。</p><p>　　顯示屏上顯示的每個點都表示數(shù)字存儲示波器捕獲的一個數(shù)據(jù)字，點的垂直屏幕位置由對應(yīng)的存儲單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)給出

39、，點的水平屏幕位置由對應(yīng)的存儲單元二進(jìn)制地址給出。若經(jīng)DA轉(zhuǎn)換的模擬信號內(nèi)插器的插值處理，還可以使點顯示變?yōu)檫B續(xù)顯示。</p><p>　　數(shù)字存儲示波器對模擬量進(jìn)行實時取樣。實時取樣是對一個周期內(nèi)的信號的不同點取樣，它與取樣示波器的跨周期取樣是不同的。N個取樣點得到的數(shù)字量分別存儲于地址號為OOH-0NH的N個RAM存儲單元中，這樣，采樣點所存儲的地址信息即表示了采樣點的時間信息。在顯示時依序取出采樣離散化數(shù)據(jù)

40、，經(jīng)DA變換后的輸出送到Y(jié)偏轉(zhuǎn)板；同時存儲單元地址號從00H-0NH也經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換，形成階梯波，并送到X偏轉(zhuǎn)板。在共同作用下，熒光屏上將顯示離散的亮點。只要X方向和Y方向的量化程度足夠精細(xì)，這些離散的亮點就能準(zhǔn)確代表被測波形。將數(shù)字存儲技術(shù)和微處理器用于取樣示波器，可以構(gòu)成存儲取樣示波器。</p><p>　　2.數(shù)字存儲示波器的工作方式</p><p>　　(1)數(shù)字存儲示波器的功能&l

41、t;/p><p>　　數(shù)字存儲示波器的隨機存儲器RAM按功能可分為信號數(shù)據(jù)存儲器，參考波形存儲器，測量數(shù)據(jù)存儲器和顯示緩沖存儲器四種。信號數(shù)據(jù)存儲器存放模擬信號取樣數(shù)據(jù)；參考波形存儲器存放參考波形的數(shù)據(jù)，它采用電池供電，或采用非易失性存儲器，故可以長期保存數(shù)據(jù)；測量數(shù)據(jù)存儲器存放測量量與計算的中間數(shù)據(jù)和計算的結(jié)果，和一般微機化儀器的隨機存儲器作用基本相同；顯示緩沖存儲器存放現(xiàn)時代波形，熒光屏上顯示的信息均有顯示緩沖存

42、儲器提供。</p><p><b>　　(2)觸發(fā)工作方式</b></p><p>　　數(shù)字存儲示波器的觸發(fā)方式包括常態(tài)觸發(fā)和預(yù)置觸發(fā)兩種方式</p><p>　　1)常態(tài)觸發(fā) 常態(tài)觸發(fā)是在存儲工作方式下自動形成的，同模擬示波器基本一樣，可通過面板設(shè)置觸發(fā)電平的幅度和極性，觸發(fā)點可處于復(fù)現(xiàn)波形的任何位置及存儲波形的末端，觸發(fā)點位置通常用加亮的亮

43、點來表示。</p><p>　　2)預(yù)置觸發(fā) 預(yù)置觸發(fā)即延遲觸發(fā)，是人為設(shè)置觸發(fā)點在復(fù)現(xiàn)波形上的位置，它是在進(jìn)行預(yù)置之后通過微處理器的控制和計算功能來實現(xiàn)的。由于觸發(fā)點位置的不同，可以觀測到觸發(fā)點前后不同區(qū)段上的波形，這是因為數(shù)字存儲示波器的觸發(fā)點只是一個存儲的參考點，而不一定是取樣，存儲的第一點。預(yù)置觸發(fā)對顯示數(shù)據(jù)的選擇帶來了很大的靈活性。</p><p>　　(3)測量和計算工作方式

44、</p><p>　　數(shù)字存儲示波器對波形參數(shù)的測量分為自動測量和手動測量兩種。一般參數(shù)的測量為自動測量，及示波器自動完成測量工作，并將測量結(jié)果以數(shù)字的形式顯示在熒光屏上，特殊值的測量使用手動光標(biāo)進(jìn)行測量，即光標(biāo)測量。光標(biāo)測量指的是在熒光屏上設(shè)置兩條水平光標(biāo)線和兩條垂直光標(biāo)線，這四條光標(biāo)線可在面板的控制下移動，光標(biāo)和波形的交點，對應(yīng)于信號存儲器中的相應(yīng)的數(shù)據(jù)。測量時，示波器在測量程序控制下，根據(jù)光標(biāo)的位置來完成測

45、量，并將測量結(jié)果以數(shù)字形式顯示在熒光屏上。</p><p>　　(4)面板按鍵操作方式</p><p>　　數(shù)字存儲示波器的面板按鍵分為執(zhí)行鍵和菜單鍵兩種，按下執(zhí)行鍵后，示波器立即執(zhí)行該項操作。當(dāng)按下菜單鍵時，屏幕下方顯示一排菜單，屏幕有方則顯示對應(yīng)菜單的子菜單，然后按子菜單下所對應(yīng)的軟鍵執(zhí)行相應(yīng)的操作。</p><p>　　3.數(shù)字存儲示波器的顯示方式</p

46、><p>　　由于數(shù)字存儲示波器可以對被測信號存儲，波形的采集和顯示可以分開進(jìn)行，與寬帶示波器相比，采集速度和顯示速度可不相同，因此采集速度很高的數(shù)字存儲示波器對其顯示的速度要求不高。數(shù)字存儲示波器的顯示方式靈活多樣，具有基本顯示，抹跡顯示，卷動顯示，放大顯示和XY顯示等，可適應(yīng)不同情況下波形觀測的需要。</p><p>　　(1)存儲顯示 存儲顯示方式是數(shù)字示波器的基本顯示方式，適用于一般

47、信號的觀測，在一次觸發(fā)形成并完成信號數(shù)據(jù)的存儲后，經(jīng)過顯示前的緩沖存儲，并控制緩沖存儲器的地址順序，依次將欲顯示的數(shù)據(jù)讀出并進(jìn)行DA變換，然后將信號穩(wěn)定的顯示在熒光屏上。</p><p>　　(2)抹跡顯示 抹跡顯示方式適用于觀測一長竄波形中在一定條件才會發(fā)生的瞬態(tài)信號。抹跡顯示時，應(yīng)先根據(jù)預(yù)期的瞬態(tài)信號，設(shè)置觸發(fā)電平和極性；觀測開始后儀器工作在末端觸發(fā)和預(yù)置觸發(fā)相結(jié)合的方式下，當(dāng)信號數(shù)據(jù)存儲器被裝滿單瞬態(tài)信號

48、未出現(xiàn)時，實現(xiàn)末端觸發(fā)，在熒光屏上顯示一個畫面，保持一段時間后，被存入的數(shù)據(jù)更新。若瞬態(tài)信號仍未出現(xiàn)，在利用末端觸發(fā)顯示一個畫面，這樣一個個畫面顯示下去，如同為了查找莫個內(nèi)容，一頁頁的翻書一樣，一旦出現(xiàn)預(yù)期的瞬態(tài)信號則立即實現(xiàn)預(yù)置觸發(fā)，將捕捉到的瞬態(tài)信號波形穩(wěn)定的顯示在熒光屏上，并存入?yún)⒖疾ㄐ未鎯ζ髦小?lt;/p><p>　　(3)卷動顯示 卷動顯示方式適于觀測緩變信號中隨機出現(xiàn)的突發(fā)信號，它包括兩種方式，一種是

49、新波形逐漸代替舊波形，變換點自左向右移動；另一種是波形從右端向左一定，在左端消失，當(dāng)異常波形出現(xiàn)時，可按下存儲鍵，將此波形存儲在熒光屏或存入?yún)⒖疾ㄐ未鎯ζ髦?，一邊做更?xì)致的觀測與分析。如圖2-2（a）所示。</p><p>　　(a)卷動顯示 （b）放大顯示</p><p>　　圖2-2兩種顯不方式</p><p>　　(4)放大

50、顯示 放大顯示方式適于觀測吸信號波形的細(xì)節(jié)，此方式是利用延遲掃描的方法實現(xiàn)的，此時熒光屏一分為二，上半部分顯示原波形，下半部分顯示放大了的部分，其放大位置可用光標(biāo)控制，放大比例也可調(diào)節(jié)，還可以用光標(biāo)測量放大部分的參數(shù)。如圖2-2（b）所示。</p><p>　　(5)XY顯示 與通用示波器的顯示方法基本相同，一般用于顯示麗薩如圖形，此處不做詳述。</p><p>　　(6)顯示的內(nèi)插

51、 數(shù)字存儲示波器是將取樣數(shù)據(jù)顯示出來，由于取樣點不能無限增多，能夠做到正確顯示的前提是足夠的點來重新構(gòu)成信號波形?？紤]到有效存儲帶寬問題，一般要求每個信號顯示20-25個點。但是較少的采樣點會造成視覺誤差，可能使人看不到正確的波形。數(shù)據(jù)點插入技術(shù)可以解決顯示中視覺錯誤的問題。數(shù)據(jù)點插入技術(shù)常常使用插入器將一些數(shù)據(jù)插在所有相鄰的取樣點之間，主要有線性插入和曲線插入兩種方式。</p><p>　　4.數(shù)字存儲示波器的

52、特點</p><p>　　與模擬示波器相比，數(shù)字存儲示波器具有以下幾個特點：</p><p>　　(1)波形的取樣存儲與波形的顯示是獨立的 在存儲工作階段，對快速信號采用較高的速率進(jìn)行取樣和存儲，對慢速信號采用較低速率進(jìn)行取樣和存儲，但在顯示工作階段，其讀出速度可以采用一個固定的速率，不受采樣速率的限制，因而可以清晰而穩(wěn)定的獲得波形，可以無閃爍的觀測被測極慢變化信號，這是模擬示波器無能為

53、力的。對觀測極快信號來說，數(shù)字存儲示波器采用低速顯示，可以使用低帶寬，高精度，高可靠性而低造價的光柵掃描示波管。</p><p>　　(2)能長時間的保存信號 由于數(shù)字存儲示波器是把波形用數(shù)字方式存儲起來，其存儲時間在理論上可以是無限長。這種特性是對觀察單次出現(xiàn)的順便信號極為重要，如單次沖擊波，放電現(xiàn)象。</p><p>　　(3)先進(jìn)的觸發(fā)功能 它不僅能顯示觸發(fā)后的信號，而且能顯示觸

54、發(fā)前的信號，并且可以任意選擇超前或滯后的時間。除此以外，數(shù)字存儲示波器還可以提供邊緣觸發(fā)，組合觸發(fā)，狀態(tài)觸發(fā)，延遲觸發(fā)等多種方式，來實現(xiàn)多種觸發(fā)功能。</p><p>　　(4)測量準(zhǔn)確度 高數(shù)字存儲示波器由于采用晶振做高穩(wěn)定時鐘，有很高的測時準(zhǔn)確度，采用高分辨率AD轉(zhuǎn)換器也能使幅度測量準(zhǔn)確度大大提高。</p><p>　　(5)很強的數(shù)據(jù)處理能力 數(shù)字存儲示波器由于內(nèi)含微處理器因而能

55、自動實現(xiàn)多種波形參數(shù)的測量和顯示，例如上升時間，下降時間，脈寬，峰峰值等參數(shù)的測量與顯示，能對波形實現(xiàn)取平均值，取上下限值，頻譜分析以及對兩波形進(jìn)行加減乘除等多種復(fù)雜的運算處理，還具有自檢與自校等多種操作功能。</p><p>　　(6)外部數(shù)據(jù)通信接口 數(shù)字存儲示波器可以很方便的將存儲的數(shù)據(jù)送到計算機或其他的外部設(shè)備，進(jìn)行更復(fù)雜的數(shù)據(jù)運算和分析處理。還可以通過GPIB接口與計算機一起構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。<

56、/p><p>　　5.數(shù)字存儲示波器的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　數(shù)字存儲示波器與波形顯示有關(guān)技術(shù)指標(biāo)與模擬示波器相似，下面僅討論與波形存儲部分有關(guān)的主要技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　(1)最高取樣速率 最高取樣速率指單位時間內(nèi)的取樣的次數(shù)，也稱數(shù)字化速率，用每秒鐘完成的AD轉(zhuǎn)換的最高次數(shù)來衡量。常以頻率來表示，取樣速率越高，反應(yīng)儀器捕捉高頻或快速信號的能力愈

57、強。取樣速率主要由AD轉(zhuǎn)換速率來決定。數(shù)字存儲示波器的測量時刻的實時取樣速率可根據(jù)被測信號所設(shè)定的掃描時間因數(shù)(即掃描一格所用的時間)來推算。其推算公式為</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　式中，N為每格的取樣點數(shù)，t為掃描時間因數(shù)。</p><p>　　(2)存儲帶寬(B) 存儲帶寬與取樣速率密切相關(guān)，根據(jù)

58、取樣定理，如果取樣速率大于或等于二倍的信號頻率，便可重現(xiàn)原信號。實際上，為保證所顯示波形的分辨率，往往要求增加更多的取樣點，一般取N=4-10倍或更多，即存儲帶寬。</p><p>　　(3)分辨率 分辨率指示示波器能分辨的最小電壓增量，即量化的最小單元。它包括垂直分辨率(電壓分辨率)和水平分辨率(時間分辨率)。垂直分辨率與AD轉(zhuǎn)換的分辨率相對應(yīng)，常以屏幕每格的分級數(shù)(級/div)或百分?jǐn)?shù)來表示。水平分辨率由取

59、樣速率和存儲器的容量決定，常以屏幕每格含多少個取樣點或用百分?jǐn)?shù)來表示。取樣速率決定了兩個點之間的時間間隔，存儲容量決定了一屏內(nèi)包含的點數(shù)。一般示波管屏幕上的坐標(biāo)刻度為8*10div(即屏幕垂直顯示格為8格，水平顯示格為10格)，如果采用8位的AD轉(zhuǎn)換器(256級)，則垂直分辨率表示為32級/div，或用百分?jǐn)?shù)來表示為1/256=0.39%：如果采用容量為1k的RAM，則水平分辨率為1024/10=100點/div。</p>

60、<p>　　(4)存儲容量 存儲容量又稱記錄長度，它由采集存儲器(主存儲器)最大存儲容量來表示，常以字為單位。數(shù)字存儲器常采用256，512，1K等容量的高速半導(dǎo)體存儲器。</p><p>　　(5)讀出速度 讀出速度是指將數(shù)據(jù)從存儲器中讀出的速度，常用“時間/div”來表示，其中，時間為屏幕上每格內(nèi)對應(yīng)的存儲容量乘以讀脈沖周期。使用中應(yīng)根據(jù)顯示器，記錄裝置或打印機等對速度的要求進(jìn)行選擇。<

61、/p><p>　　2.2系統(tǒng)的方案設(shè)計</p><p>　　上世紀(jì)大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使得CPU、存儲器、I/O接口得到了迅速的發(fā)展，在各個技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其簡易的數(shù)字存儲技術(shù)已經(jīng)很發(fā)達(dá)。由此我想到，可以利用存儲器的存儲功能和普通模擬示波器相結(jié)合，來實現(xiàn)數(shù)字示波器的存儲功能。利用模擬轉(zhuǎn)換器及時的對上述類型的信號進(jìn)行一次性的采集，并把數(shù)據(jù)存儲到存儲器中，這樣我們可以隨時隨意的再從

62、存儲器讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以把數(shù)據(jù)再通過數(shù)摸轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成原來的模擬信號，送到普通模擬示波器中進(jìn)行顯示，而存儲器中的數(shù)據(jù)得以保存，而不會消失。</p><p>　　出于以上的考慮，我們借助于數(shù)摸和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，和單片機、存儲器組成的系統(tǒng)能對任意波形實現(xiàn)存儲和再現(xiàn)。一次性瞬間信號的數(shù)據(jù)被采集到存儲器中存儲，如果再反復(fù)的存儲器中讀取數(shù)據(jù)，送到示波器顯示，這樣就使隨機的非周期信號、瞬間信號，一次性信號，能夠在普通模擬示波

63、器顯示頻目顯示穩(wěn)定的波形。</p><p>　　為了能較簡單的實現(xiàn)題目的功能，我們只借助A/D轉(zhuǎn)換器將輸入信號進(jìn)行量化處理后，在液晶顯示器上進(jìn)行顯示，并將處理的顯示數(shù)據(jù)存入存儲器中，當(dāng)需要波形再現(xiàn)時，通過單片機控制只需將存儲器中的數(shù)據(jù)取出再次處理，然后再送到液晶顯示器上進(jìn)行顯示。</p><p>　　本設(shè)計以AT89C51 單片機為中心、62256為存儲器，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實時采樣實現(xiàn)對輸

64、入信號的提取，并進(jìn)行數(shù)字化的存儲及顯示。顯示采用MFC-12864液晶顯示屏。</p><p>　　由于待測信號為模擬信號，存儲過程為數(shù)字方式，故應(yīng)將模擬信號進(jìn)行量化處理，然后存儲到存儲器中，當(dāng)需要顯示的時候，從存儲器讀出數(shù)據(jù)，并送往液晶顯示器進(jìn)行顯示。因此，設(shè)計的重點是模擬信號的處理與采樣，數(shù)字信號的存儲，液晶顯示器的顯示控制，系統(tǒng)的控制4個方面。</p><p>　　2.2.1系統(tǒng)的控

65、制</p><p>　　控制器是系統(tǒng)中最為重要的器件，也是設(shè)計的難點。其中，涉及按鍵的控制控制，存儲器的寫入和讀取控制，液晶顯示器的控制。可以由多種方法實現(xiàn)：一種是單純的采用單片機，使用單片機控制數(shù)據(jù)的采樣，存儲和回放，這種方法實現(xiàn)起來比較簡單也在所學(xué)課程的范圍之內(nèi)；另一種是采用可編程邏輯器件CPLD或者FPGA，這種方法對ADC采樣控制，存儲器的操作比較方便，而且速度也比較快，但在人機接口方面的操作就困難一些；

66、還有一種方法是將以上兩種方法結(jié)合起來，用可編程器件做相應(yīng)的邏輯電路設(shè)計，比如ADC的采樣頻率，存儲器操作等，使用單片機來做人機接口，單片機和CPLD互相協(xié)調(diào)完成整個系統(tǒng)的功能，這種方法可以發(fā)揮出各個器件的長處，有效的完成整個控制系統(tǒng)的設(shè)計，但是就目前的學(xué)習(xí)能力用此方案還不足以將該系統(tǒng)完善并完成設(shè)計內(nèi)容。故最終采取第一種方法單片機直接控制。</p><p>　　2.2.2輸入模擬信號的處理</p>&

67、lt;p>　　信號的處理主要是對被測輸入信號在幅度與偏移方面進(jìn)行線性處理，使信號在垂直方向上處于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。待測模擬信號輸入到數(shù)字示波器時首先要經(jīng)過相關(guān)的處理才能夠送給ADC，因為ADC對輸入電壓的幅度有一定的要求，一般為0-5V，或者0-2V等。對于輸入的模擬信號，要根據(jù)不同的垂直靈敏度做出調(diào)整，具體說就是把小電壓信號放大，將大電壓信號衰減使之符合ADC的輸入電壓范圍。因此，需要對電壓大小不同的信號進(jìn)行增益調(diào)整。通

68、?？梢允褂迷鲆婵烧{(diào)的放大電路。需要注意的是放大電路的增益系數(shù)和頻帶的關(guān)系。同時，為防止ADC因輸入大的電壓信號而燒毀，可以加入限幅電路。處理過的模擬信號需要經(jīng)過ADC進(jìn)行量化編碼。通常在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前要加上比較電器，作為模擬電路和數(shù)字電路之間的接口電路。</p><p>　　2.2.3數(shù)字信號的采集與存儲</p><p>　　在數(shù)字存儲示波器中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路在給定采樣時鐘的節(jié)拍下把輸入

69、模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)據(jù)值；A/D轉(zhuǎn)換器始終以最高取樣率進(jìn)行工作。ADC參數(shù)的選取需要考慮多方面的因素；ADC的取樣頻率取決于待測信號的頻率范圍，或者示波器對掃描速度的要求；而ADC的編碼位數(shù)與垂直分辨率相關(guān)。根據(jù)這兩個條件選擇合適的ADC芯片。</p><p>　　波形重組是根據(jù)所用的顯示器將采集到的離散數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)整之后，將其在顯示器的垂直方向和水平方向重新定位 (與顯示屏幕上的像素點對應(yīng))，存儲到波形存儲

70、器中。</p><p>　　數(shù)字信號保存到存儲器中，RAM的位數(shù)須根據(jù)ADC的位數(shù)來選擇，如果ADC為8位輸出，那么RAM也應(yīng)該為8位，超過8位則可以選用16位的RAM。RAM的容量取決于每次采樣的采樣點數(shù)，這和水平分辨率相關(guān)。寫入RAM的數(shù)據(jù)來自于ADC，讀出之后再經(jīng)過單片機處理進(jìn)行波形重組，然后在液晶顯示器上進(jìn)行顯示。</p><p>　　綜合以上分析，擬采用一種簡單可行的方法，如圖1

71、-3所示，直接由單片機控制采樣，按鍵，存儲器的讀寫操作及液晶顯接口。</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計</p><p>　　3.1單片機及其外圍電路</p><p>　　單片機系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)的人機接口和對整個系統(tǒng)的控制功能。單片機采用的AT89S52單片機，該芯片內(nèi)部包含有8KB的可在線編程(ISP)的FLASH程序存儲器，256B的RAM，帶有看門狗功

72、能。AT89S52是一個低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。該設(shè)備使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51產(chǎn)品指令集和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，也適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高效靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Fl

73、ash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時計數(shù)器，1個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，1組全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2個軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機停止一切工作，直</p><p>　　由于單片機受到管腳的限

74、制，沒有對外專用的地址總線和數(shù)據(jù)總線，在進(jìn)行對外擴(kuò)展存儲器或I/O接口時，需要首先擴(kuò)展對外總線（局部系統(tǒng)總線）。為了完成外部數(shù)據(jù)存儲器（62256），A/D轉(zhuǎn)換器和鍵盤的擴(kuò)展,在單片機最小系統(tǒng)的外邊加上了74HC573鎖存器和74LS138譯碼器。</p><p>　　在ALE無效期間P0口傳送數(shù)據(jù)，構(gòu)成數(shù)據(jù)總線DB。P2口輸出地址高8位A15-A8，而地址低8位則在ALE有效時刻，將P0口分時輸出的低8位地址值

75、鎖存到外部的573鎖存器輸出，兩者結(jié)合起來就構(gòu)成了地址總線AB。如圖3-1所示。</p><p>　　系統(tǒng)中的一個三八譯碼器可產(chǎn)生8個片選信號，由A13，A14，A15分別接到74LS138的A，B，C端，所以地址范圍分別是：</p><p>　　/Y0的尋址范圍：0000H-1FFFH /Y1的尋址范圍：2000H-3FFFH</p><p>　　/Y2的

76、尋址范圍：4000H-5FFFH /Y3的尋址范圍：6000H-7FFFH</p><p>　　/Y4的尋址范圍：8000H-9FFFH /Y5的尋址范圍：A000H-BFFFH</p><p>　　/Y6的尋址范圍：C000H-DFFFH /Y7的尋址范圍：E000H-FFFFH</p><p>　　這樣用一片三八譯碼器就產(chǎn)生了8個片選的信

77、號，足夠A/D轉(zhuǎn)化器和外部按鍵的擴(kuò)展。一般在電路的設(shè)計中，如果外設(shè)比較多，而用一片三八譯碼器產(chǎn)生的片選信號又不夠用，則可以采用二級譯碼，即再連接兩個三八譯碼器，A12、A11、A10分別和新加的三八譯碼器的A、B、C相連，第一級的任意兩個輸出和另外的兩個三八譯碼器的片選端相連。</p><p>　　為了防止程序執(zhí)行過程中失步或運行紊亂，此處我們采用了上電自動復(fù)位，單片機的工作還需要外接晶振產(chǎn)生時鐘信號，頻率為11

78、.0592MHz。</p><p>　　3-1單片機及外圍擴(kuò)展電路圖</p><p>　　3.2信號輸入電路單元</p><p>　　3.2.1輸入調(diào)理電路設(shè)計</p><p>　　信號調(diào)理主要是對被測輸入信號在幅度與偏移方面進(jìn)行線性處理，使信號在垂直方向上處于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍內(nèi)。待測模擬信號輸入到數(shù)字示波器時首先要經(jīng)過相關(guān)的處理才能夠

79、送給ADC，因為ADC對輸入電壓的幅度有一定的要求，一般為0-5V，或者0-2V等。對于輸入的模擬信號，要根據(jù)不同的垂直靈敏度做出調(diào)整，具體說就是把小電壓信號放大，將大電壓信號衰減使之符合ADC的輸入電壓范圍。因此，需要對電壓大小不同的信號進(jìn)行增益調(diào)整。通常在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前要加上比較電器，作為模擬電路和數(shù)字電路之間的接口電路。信號輸入的調(diào)理電路如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2信號輸入的調(diào)理電路圖

80、</p><p>　　3.2.2阻抗變換電路設(shè)計</p><p><b>　　1.方案</b></p><p>　　設(shè)計條件及要求是：輸入阻抗要求達(dá)到100K?。采用同相電壓跟隨器，使得輸入阻抗在很大程度上得到提高，同時保證輸出電壓基本等于輸入阻抗。</p><p><b>　　2.芯片選擇</b>

81、</p><p>　　因為輸入信號的最高頻率是1KHz，選擇的放大器為UA741CN，常溫下帶寬可以達(dá)到1MHz，可以保證輸入信號通過該電壓跟隨器之后沒有任何失真。題目明確要求示波器的輸入阻抗大于100K?，設(shè)計中可以采用跟隨器電路，一方面達(dá)到提高輸入阻抗的要求，另一方面還可以起到隔離的作用。</p><p>　　電路圖如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3

82、阻抗變換電路圖</p><p>　　3.2.3電平移位電路設(shè)計</p><p>　　圖3-4輸入信號轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　在信號輸入調(diào)理電路中，后級運算放大電路為差分輸入比例電路。如圖3-4所示。設(shè)運算放大器的2端輸入為，輸出為，則有輸出與輸入的關(guān)系為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p

83、><p><b>　　推導(dǎo)如下：</b></p><p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　得 </b></p><p><b>　　而 </b></p><p><b>　　(3-3)<

84、;/b></p><p><b>　　得 </b></p><p>　　此電路為電平移位電路，將輸入信號反相后抬高了2.5V，即該差分輸入比例電路將前級的雙極性信號經(jīng)過處理變成0—5V的單極性輸入信號，最終送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.2.4頻率計算電路設(shè)計</p><p>&l

85、t;b>　　1.施密特觸發(fā)器</b></p><p>　　施密特觸發(fā)器又稱施密特反相器，是脈沖波形變換中經(jīng)常使用的一種電路。施密特觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，但與一般觸發(fā)器不同的是，施密特觸發(fā)器采用電位觸發(fā)方式，其狀態(tài)由輸入信號電位維持；對于負(fù)向遞減和正向遞增兩種不同變化方向的輸入信號，施密特觸發(fā)器有不同的閥值電壓。門電路有一個閾值電壓，當(dāng)輸入電壓從低電平上升到閾值電壓或從高電平下降到閾值電壓時電路的

86、狀態(tài)將發(fā)生變化。施密特觸發(fā)器是一種特殊的門電路，與普通的門電路不同，施密特觸發(fā)器有兩個閾值電壓，分別稱為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓。在輸入信號從低電平上升到高電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為正向閾值電壓，在輸入信號從高電平下降到低電平的過程中使電路狀態(tài)發(fā)生變化的輸入電壓稱為負(fù)向閾值電壓。正向閾值電壓與負(fù)向閾值電壓之差稱為回差電壓。</p><p>　　它是一種閾值開關(guān)電路，具有突變輸入、輸出特性的門電

87、路。這種電路被設(shè)計成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。</p><p>　　它在性能上有兩個重要的特點：</p><p>　　第一，輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同。</p><p>　　第二，在電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得

88、很陡。</p><p>　　利用這兩個特點不僅能將邊沿變化緩慢的信號波形整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形脈沖高、低電平上的噪聲有效地清除。施密特觸發(fā)器可以由門電路構(gòu)成，也可作成單片集成電路產(chǎn)品，且后者最為常用。</p><p>　　2.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用</p><p><b>　?。?）用于波形變換</b></p>

89、<p>　　利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。圖3-5的例子中，輸入信號是由直流分量和正弦分量疊加而成的，只要以信號的幅度大于VT+即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同頻率的矩形脈沖信號。</p><p>　　圖3-5用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)波形變換</p><p>　　（2）用于脈沖的整形</p><

90、;p>　　在數(shù)字測量和控制系統(tǒng)中，由傳感器送來的波形邊沿較差，此外，脈沖信號經(jīng)過遠(yuǎn)距離的傳輸后，往往會發(fā)生各種各樣的畸變，利用施密特電路可以對這些信號進(jìn)行整形。如圖3-6所示就是脈沖整形。</p><p>　　圖3-6脈沖整形電路 </p><p>　　波形變換模塊設(shè)計方案采用由LM339系列實現(xiàn)的施密特的電路，如圖3-7所</p><p

91、>　　圖3-7 頻率計算電路原理圖</p><p><b>　　在圖中</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　式中,分別為高，低輸出電平。</p><p>　　假

92、設(shè)輸入信號為正弦波，則輸出如圖3-5所示，為一脈沖波形。</p><p>　　3.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121構(gòu)成的脈沖整形電路</p><p>　　TTL集成器件74121是一種不可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，74121由觸發(fā)信號控制電路、微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、輸出緩沖電路三部分組成。</p><p>　　74121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有3個觸發(fā)輸入端,其功能表如表3-1所示。

93、</p><p>　　表3-1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的功能表</p><p><b>　　（1）觸發(fā)</b></p><p>　　若B為高電平，A1、A2中的一個為高電平，輸入中有一個或兩個產(chǎn)生由1到0的負(fù)跳變。    若A1、A2兩個輸入中有一個或兩個為低電平，B 發(fā)生由0到1的正跳變。</p>

94、<p><b>　?。?）定時</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)電路的定時取決于定時電阻和定時電容的數(shù)值。74121的定時電容連接在芯片的10、11引腳之間。若輸出脈寬較寬，而采用電解電容時，電容C 的正極連接在Cext輸出端（10腳）。對于定時電阻，使用者可以有兩種選擇：</p><p>　　·采用內(nèi)部定時電阻（2 kΩ），此時將9號引腳（R

95、int）接至電源VCC（14腳）。</p><p>　　·采用外接定時電阻（阻值在1.4～40kΩ之間），此時9腳應(yīng)懸空，電阻接在11、14腳之間。74121的輸出脈沖寬度tW≈0.7RC。通常R的數(shù)值取在2～30kΩ之間，C 的數(shù)值取在10pF～10μF之間，得到的取值范圍可達(dá)到20ns～200ms。該式中的R可以是外接電阻Rext，也可以是芯片內(nèi)部電阻Rint(約2kΩ)，如希望得到較寬的輸出脈沖，

96、一般使用外接電阻。</p><p><b>　?。?）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器</b></p><p>　　單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特性具有如下圖著特點：</p><p>　　第一、它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)；</p><p>　　第二、在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時間以后、再自動返回穩(wěn)態(tài)；<

97、/p><p>　　第三、暫穩(wěn)態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。</p><p>　　由于具備這些特點，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被廣泛應(yīng)用于脈沖整形、延時（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖）以及定時（產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號）等。</p><p>　　由LM339組成的施密特的電路，產(chǎn)生脈沖信號后，由于波形不很規(guī)則，可能會產(chǎn)生一些毛刺，所以有74121構(gòu)

98、成脈沖整形電路對施密特電路產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行調(diào)整，電路中A1、A2都接地，故為上升沿觸發(fā)。電路圖如圖3-8(a)所示</p><p>　　（a） (b)</p><p>　　圖3-8脈寬調(diào)整及分頻電路</p><p>　　該電路調(diào)整后的脈寬由以下公式(3-7)算得</p><p><

99、;b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　代入具體值得</b></p><p>　　則輸出的便是一個脈寬為1.05ms脈沖了，在經(jīng)過一個二分頻電路，如圖3-8(b)所示。最終產(chǎn)生的信號是脈寬為2.1ms的脈沖波形，將其送入單片機的P3.2（INT1）進(jìn)行頻率的計算。</p><p>　　3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路&

100、lt;/p><p>　　3.3.1ADC芯片的選取</p><p>　　1.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)。</p><p>　　（1）分辨率。A/D轉(zhuǎn)換的分辨率是能夠分辨的最小量化信號的能力，即輸出的數(shù)字量變化1所需輸入模擬電壓的變化量，通常用位數(shù)來表示。對于一個實現(xiàn)n位轉(zhuǎn)換的ADC來說，它能分辨的最小量化信號的能力為2n位，即分辨率為2n位。例如，對一個12位的ADC分

101、辨率為212=4096位。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換精度。由于模擬量是連續(xù)的，而數(shù)字量是離散的，所以一般在某個范圍中的模擬量都對應(yīng)于同一個數(shù)字量。例如，有一個ADC，理論上5V電壓對應(yīng)數(shù)字量800H，但是，實際上，4.997V，4.998V，4.999V也對應(yīng)數(shù)字量800H。這就是說，在A/D轉(zhuǎn)換時，模擬量和數(shù)字量之間并不是嚴(yán)格的一一對應(yīng)的關(guān)系。這樣，就有一個轉(zhuǎn)換精度的問題。</p><

102、p>　　轉(zhuǎn)換精度反映了ADC的實際輸出接近理想輸出的精確程度。A/D轉(zhuǎn)換的精度通常是用數(shù)字量的最低有效應(yīng)（LSB）來表示的。設(shè)數(shù)字量的最低有效位對應(yīng)于模擬量△，這時，稱△為數(shù)字量的最低有效位當(dāng)量。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換率。完成1次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，稱為ADC的轉(zhuǎn)換時間。用ADC的轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)表示ADC的轉(zhuǎn)換速度，即轉(zhuǎn)換率，例如，一個12位逐次逼近式ADC，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時

103、間為20µs ，其轉(zhuǎn)換率為50KHZ。ADC的轉(zhuǎn)換時間約為幾個µs至200µs 。</p><p>　　（4）非線性度。ADC的非線性度是指實際轉(zhuǎn)換函數(shù)與理想直線的最大偏移。</p><p>　　2.逐次逼近式ADC</p><p>　　逐次逼近式ADC是一個具有反饋回路的死循環(huán)系統(tǒng)，主要部件有電壓比較器、逐次逼近寄存器、輸出緩沖寄存器

104、、DAC和控制電路，如圖3-9所示。</p><p>　　和計數(shù)式ADC一樣，逐次逼近式ADC也用DAC的輸出電壓來驅(qū)動比較器的反相端，不同的是，轉(zhuǎn)換時，要用一個逐次逼近寄存器存放轉(zhuǎn)換出來的數(shù)字量，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，將數(shù)字量送到輸出緩沖寄存器。</p><p>　　逐次逼近式ADC的轉(zhuǎn)換原理是：二分搜索、反饋比較、逐次逼近。它與生活中天平稱重原理極為相似。</p><p>

105、;　　當(dāng)啟動信號有效（由高變低），逐次逼近寄存器和輸出緩沖寄存器清0，故DAC的輸出電壓Vo=0。當(dāng)啟動信號變?yōu)楦唠娖綍r，轉(zhuǎn)換開始，即逐次逼近寄存器開始“天平稱重”。逐次逼近寄存器的操作是：從最高位開始，通過先試探性地置1，再比較Vo和Vi大小，然后決定該位1的去留，然后對次高位進(jìn)行比較，直到最低位元為止，逐位完成同樣過程（置1→比較→決定去留）。比如，在第一個時鐘脈沖時，控制電路把逐次逼近寄存器最高位置1，即它的輸出為100…0，使得

106、DAC的輸出電壓Vo成為滿量程值的一半。這時，如果Vo>Vi表明試探置的100…0值大了，比較器輸出低電平，控制電路據(jù)此清除逐次逼近寄存器最高位的1：反之，如果Vo≤Vi，比較器輸出高電平，控制電路使最高位元的1保留下來.</p><p>　　圖3-9逐次逼近式ADC</p><p>　　n位逐次逼近式ADC經(jīng)過n次比較后，逐次逼近寄存器中得到的值就是轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，控制電

107、路送出一個低電平作為結(jié)束信號，這個信號的下降沿將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入輸出緩沖寄存器，供CPU讀取。</p><p>　　采用逐次逼近法，首先將最高位置1，這相當(dāng)于取最大允許電壓的1/2與輸入電壓比較。如果搜索值在最大允許電壓的1/2范圍內(nèi)，那么最高位置0，再將次高位置1，這相當(dāng)于在1/2范圍內(nèi)再作對半搜索。依次類推，逐次逼近相當(dāng)于在不斷縮小1/2的范圍內(nèi)再作對半探索。因此，逐次逼近法也稱為二分搜索法或?qū)Π?/p>

108、搜索法。</p><p>　　3.ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-10所示，分成三部分：①8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼；②8位A/D轉(zhuǎn)換；③三態(tài)輸出緩沖器。其中A/D轉(zhuǎn)換部分是由8位元DAC、比較器、逐次逼近寄存器和控制邏輯組成。</p><p>　　START和EOC分別為啟動信號和變換結(jié)束信號，EOC還可以作申請中斷

109、或供查詢。</p><p>　　ADC0809通過引腳IN0～I(xiàn)N7可輸入8路模擬輸入電壓。ALE將3位地址信號ADDA，ADDB，ADDC進(jìn)行鎖存，然后經(jīng)3-8譯碼選通8路中的1路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3-10ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.ADC0809的引腳特性</p><p>　　ADC0809是2

110、8引腳的雙列直插式芯片。</p><p>　　VCC：電源，+5V。GND：地。CLOCK：工作時鐘。</p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8位模擬輸入線。DB0～DB7：8位轉(zhuǎn)換資料三態(tài)輸出線。</p><p>　　ADDA，ADDB，ADDC：模擬通道地址選擇線。</p><p>　　ALE：地址鎖存允許信號。其上升沿將ADDA，ADDB