基于單片機的數字存儲示波器設計

王 娟，王仁波，魏 雄

（東華理工大學機械與電子工程學院，江西 南昌 330013）

1 原理與設計

1.1 系統的硬件設計

待測信號經限幅放大電路分兩路進入單片機系統，一路送入施密特觸發器整形得到單片機計數所需的矩形波信號，通過選擇測量頻率的方法進行頻率測量；一路經模/數轉換器進入單片機進行數據的采集與存儲，然后通過數/模轉換器將還原的模擬信號在示波器上顯示出來。這樣我們的整個硬件設計工作便有兩大部分組成：頻率測量、存儲顯示。

圖1 系統硬件原理框圖

（1）頻率測量部分。正弦波或方波信號的頻率是由每秒鐘振蕩的次數來表示的。為了檢測一個持續的信號的頻率，我們僅僅只需數它的振蕩次數就可以了。假設我們所取樣的信號在某個時間段內頻率是不變的。我們采用應用比較普遍的單片機AT89C51來實現頻率測量。頻率測量分三步進行：①通過一個施密特觸發器74LS132（整形芯片）把經放大后的信號轉換成單片機所需的方波信號。②先通過測頻法測出其大致頻率最后決定用測周法或測頻法。③然后將計的數送AT89C51，進行處理，送數碼管顯示得出頻率。

（2）波形存儲與顯示部分。被測信號經過放大整形電路,進入ADC0809（模／數轉換器）進行A/D轉換，將轉換后的數字量送入單片機。由單片機根據不同的要求對采集的數據進行存儲和運算，將存儲后的結果在通過DAC0832（數／模轉換器）在示波器上復現出來，并可通過運算放大器部件對輸出波形進行放大、縮小的變換。

1.2 系統的軟件設計

本設計中人通過對鍵盤的控制，可以控制和干預整個數據采集及處理的全過程，因此，各鍵的功能及其軟件實現就尤為重要，各鍵的功能及定義如下：

K1：啟動頻率測量并進行數字顯示。

K2：啟動A/D轉換對數據進行采集并存儲到6264里。

K3：啟動D/A轉換用示波器顯示波形。

K4：輸出波形的放大。

具體描述如下：

當接通電源后，系統進行自檢，然后CPU進行對按鍵的查詢，當按下K1鍵時，CPU查到K1鍵，通過延時去抖，既而跳轉到K1鍵的處理程序對頻率進行實時的測量并在數碼管上顯示。顯示完畢CPU又進入對按鍵的查詢。當按下K2鍵時，啟動ADC0809進行轉換，其中程序設定A/D0809對數據采集10次，并存儲到6264里。存儲完畢，CUP又跳回查詢狀態。當K3按下時，啟動D/A0832，用示波器顯示前段時間的頻率波形。K4鍵為手動的對示波器顯示的波形進行放大。

因此，本設計主要分為以下幾個部分：

>頻率的測量部分

>數據的采集及A/D轉換部分

>數據的存儲及讀寫部分

>數據的顯示部分

>數據的D/A轉換部分

圖2 系統流程圖

2 系統調試

（1）A/D、D/A轉換程序的調試。我們在通道0口接入一個0～5V電源，對于不同的值，應該分別得到不同的數字量，看看數字量是否與預期的值相同，相同的話，說明A/D轉換器能夠正常工作，看是否能夠正常工作，不能的話，就檢查是不是A/D轉換器被損壞，還是軟件編程有問題，同樣的道理，首先我們可以向D/A轉換器發送一個數據，通過示波器觀察，是否有誤，確定D/A轉換器的完好，再進行程序的調試。

（2）中斷服務程序的調試。在中斷程序中多采用全速運行的調試方法，有多個中斷中斷的話，應該一個一個調試，若中斷不能正常返回的話，應該把下一步不用的中斷關掉，把用到的中斷打開且設初值，這點尤為重要，當單個中斷都沒有問題時，再進行統調。

（3）顯示模塊的調試。顯示模塊的調試，首先應該確認LED能夠正常顯示，若能正常顯示的話，可以先在顯示緩沖區中預先放入自己預置的值，若能正常顯示的話，說明顯示無誤。

3 結論

在理論基礎上設計了頻率測量、波形存儲以及輸出再現系統，該系統能對頻率進行現場的測量、數據顯示，并能對一段時間內的采集數據進行存儲并用示波器顯示。