基于單片機的示波測試技術

呂彥珂

遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的示波測試技術

呂彥珂

遼寧錦州渤海大學工學院

示波器作為測量電子圖示中的一種重要的器件，在進行電子測量中需要對示波器的使用進行合理的把握，這是十分重要的，本論文主要介紹了基于單片機示波器的測試技術的相關理論，而且同時對示波器的設計進行了實現。

示波器 測試 單片機

1 引言

目前主流的模擬示波器功能比較全面，但是它的價格不菲，體積較大且重量重、購買成本高等一些問題在應用中受到了一定限制。對于大多數學生以及教學組織來說。利用示波器主要是進行一些理論性的測試與實驗。高精度專業性的示波器在日常使用中的作用不是很必要，所以為此本文嘗試設計出了一種便攜式數字存儲示波器，它采用的是LCD顯示屏、高速采集與轉換、FIFO以及單片機來實現一些實用的功能。

2 示波測試中異常現象

示波測試技術主要用到的是通過示波器進而實現跟電量以及非電量相關的進行分析，而且這種分析體現的是一種定性方面的分析以及測量上是定量的，示波測試在電子測量中使用十分的廣泛，而且涉及的領域也是很多的。在對示波器進行使用的時候如果技巧上掌握不當的話，那么很容易會引起測試的異常，會由于操作的失敗從而導致調節的錯誤。在使用過程中，如果操作者不甚了解示波器的基本原理和示波器使用規范，就會出現因錯誤調節而造成異常現象發生。

2.1 屏幕上沒有光點或圖像

當將示波器打開開機進行預熱之后會對輝度的旋紐進行調整，從屏幕中如果光點或者相關的圖像沒有產生的話，那么這就意味著光點甚至是圖像遠離了屏幕。當把y軸進行移位而且將X軸移位后放在中間的位置上時候，那么可以發現出現的光點或圖像。然而如果y軸的平衡電位器沒有置于適當的位置，那么這很容易引起調節不當，這個時候光點或圖像可能會在屏幕之外。這個時候把y軸移位的旋紐放在中間的位置。然后再對電位器進行位置調整，這樣可以讓光點在屏幕的中間出現。

2.2 垂直方向的電壓讀數不準

當信號正確的校正之后，就能夠根據開關上面的指示值以及屏幕上的一些圖形將信號的幅度進行讀取，然而電壓的讀取可能有的時候會不太準確，這個主要是由于一些因素的存在。校正的時候采用的是校正信號，那么靈敏度微調旋紐的位置應該是放在校正的地方。

3 簡易數字示波器的工作原理

關于硬件的設計部分系統中的電路主要是通過單片機進行控制的。系統的硬件部分的設計主要是由幾個部分組成的，主要包括了數字模擬轉換電路以及存儲電路、顯示按鍵的電路。這部分的設計的核心思想是圍繞著單片機為主的。從而數據的離散通過數字模擬轉化芯片實現的，數據的采集后存儲器中會將數據存儲起來，一旦波形成功顯示之后。單片機就會將保存在存儲器中的數據取出來然后再將數據取出來接著把數據保存到對應的數組中，再接處理對應的數據，數據最終會出現在液晶顯示器上，而且這些數據的顯示是按照一定的順序放置的，因此最終將波形成功的顯示出來，調理電路的輸入是通過阻抗的變換電路實現的。輸入阻抗的增高是通過阻抗變換電路實現的，將信號進行提高的主要目的是基于AD芯片的需求實現的，信號周期頻率的測量是通過頻率測量電路實現的，使信號的幅度滿足AD芯片的輸入幅度要求，本系統的總體結構圖如圖1所示。

圖1 總體設計圖

4 硬件設計

4.1 信號的采集與存儲

這個部分的主要設計的重點內容是關于數據采集的這部分，設計中用到的數字模擬轉換器是8位的，在這些環節中的數據的采集的實現主要是通過這個選擇的數字模擬轉換器實現的，當數據采集結束后就能夠給到FIFO中。經過中繼了之后，再將采集的數據送到單片機中，FIFO的不同點在于是一種EIRAM，而且這種是雙向的，而且不存在一定的地址線，當數據進行寫入并且進行讀取的時候，地址就會出現相應的增加，在兩者之間會形成一個緩沖器，從而達到緩沖數據的作用，FIFO的主要角色是對數據進行緩沖，由于數字模擬的時鐘比MCU的AI中的工作頻率要高的多。因此將輸出的數據進行保存時通過AD以及FIFO實現的，AI引腳應用在AD以及FIFO的同步時鐘的過程中，時鐘的穩定性會得到進一步地提高，ALE在進行采集數據之前會先進行與門的運算，而且FIFO中設置的標志位就有三個，分別是滿標志為FF、半滿標志的HF和空標志的EF。在這部分的設計中應用到了關于FF的滿標志，而且一旦FIFO已經存滿的時候單片機就會對數據進行讀取。

4.2 信號幅值測量模塊設計

由于被測的信號的幅值是隨意取值，但是由于示波器的輸入信號的幅值在一定的條件下其值可以達到最大，所以測量初始的數值時，電路的檔衰減會達到最大的值，此時的值是1000倍。將檔衰減進行比較后，比較器的輸入電平就會發生改變，最終切換停止的這個指令是由單片機發出的。當處于測量的階段的時候，這個時候，測控的指令就會由單片機發出，而內部數字模擬信號轉換器就會啟動，從而實現信號的轉換，最終就會實現10位數字模擬信號轉換。

4.3 信號周期測量模塊設計

當所輸入的信號通過反相器之后就會產生方波的信號，然后就會接著將產生的信號重新送到單片機里面的定時器里面，通過計數器計數處理。如此時信號的頻率是等于10到99Hz范圍之間時候，那么單片機到示波器掃描電路接口的輸出端為P0到P4，并且都為000。

5 軟件設計

5.1 液晶點流程圖

打點操作是作圖的基礎。由于st7920控制器的繪圖RAM是一次進行兩個2個字節的數據的讀寫操作。也就是一次修改的是16個點的狀態。而我們要想只修改一個點的狀態同時不改變其余相鄰15個點的狀態。那只能是先把原來位置的16個點的狀態讀出。液晶打點的流程圖如圖2所示。

圖2 液晶打點流程圖

使用位操作指令修改其中一個點的狀態，然后在回寫到RAM中。整體的過程即是：讀取一修改一寫入。液晶畫點是編程的難點與重點，需要把液晶縱向每隔轉換為電壓，要把水平方向轉化為時間，將波形顯示出來，其步驟如：先確定打點的位置；其次讀出該點所在的數據值：接著修改該點相應的位的值。對于單色液。頻率幅度調試結果如表1所示。

表1 頻率幅度調試結果

6 結語

本文主要介紹的是關于示波測試的技術，設計了基于單片機的軟件以及硬件設計，其中的軟件部分實現了液晶打點的流程圖的設計，還設計實現了信號幅值測量模塊，以及信號周期測量的模塊。本文設計的示波器系統所具備的特點是測量起來比較穩定而且測量時的精度也是很高的，能夠滿足學習實驗等日常使用，在很多專業的領域中也能夠起到一定的適用范圍，對于以后實現低成本示波器的開發有一定借鑒意義。

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