簡易數(shù)字存儲示波器設(shè)計報告

1、簡易數(shù)字存儲示波器設(shè)計報告書 學(xué) 院 電子與信息工程學(xué)院專 業(yè) 電子信息工程班 級 電子1102班 學(xué)生姓名 劉 楠 楠學(xué) 號 1110910221指導(dǎo)老師 張 誠 老 師摘要本作品是以MSP430F169和MSP430F149芯片為主控制器，以LCD12864液晶屏和1602液晶屏作為顯示模塊制作的簡易數(shù)字存儲示波器，能夠很好的實(shí)現(xiàn)正弦波、方波和三角波波形以及常見波形的正常顯示，同時可以顯示被測波形的峰峰值，有效值和頻率等相關(guān)特性。關(guān)鍵詞：MSP430 LCD液晶屏 調(diào)理電路 AD轉(zhuǎn)換 采樣ABSTRACTThis work is based on the MSP430F169 and th

2、e MSP430F149 chip as the main controller, using 12864 LCD liquid crystal screen and 1602 LCD as display simple digital oscilloscope module, very good realization of sine wave, triangle wave, Fang Bo and common waveform display, and can display the measured waveform peak, RMS and frequency correlatio

3、n. Keywords: MSP430 LCD AD conversion sampling目 錄一 前言1二 作品設(shè)計要求1三 總體方案設(shè)計23.1方案比較23.2方案選擇43.3總體方案設(shè)計參數(shù)計算4四 電路單元模塊設(shè)計44.1單片機(jī)主控芯片電路模塊44.2液晶顯示電路模塊64.2.1LCD12864液晶模塊的特點(diǎn)64.2.2液晶屏芯片管腳與功能64.2.3液晶屏的讀寫時序6五 輔助電源電路7六 程序軟件部分9 6.1 軟件設(shè)計流程圖 9 6.2 部分程序代碼10七 作品的調(diào)試與測試 12八 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析 13 8.1測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計 13 8.2測試數(shù)據(jù)分析與結(jié)論 13九 作品電路圖的

4、PCB制作14十 作品實(shí)物圖片 15前言 數(shù)字示波器是一種用途十分廣泛的電子測量儀器，與傳統(tǒng)模擬示波器相比，數(shù)字存儲示波器不僅具有可存儲波形、體積小、功耗低，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有強(qiáng)大的信號實(shí)時處理分析功能，在電子電信類實(shí)驗(yàn)室中使用越來越廣泛。如今由于數(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?、模塊化、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(shí)現(xiàn)高帶寬及強(qiáng)大的分析功能?，F(xiàn)在高端數(shù)字存儲示波器的實(shí)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

5、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。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。二 作品設(shè)計要求要求基于單片機(jī)設(shè)計一具有遠(yuǎn)程控制功能的簡易數(shù)字存儲示波器。具體要求如下：（1）輸入信號范圍可達(dá)0±10Vpp，分辨率可達(dá)0.4Vpp。（2）輸入信號頻率范圍可達(dá)100Hz10KHz，頻率分辨率可達(dá)100Hz。（3）實(shí)時顯示輸入波形（至少1個周期）（4）具有波形存儲功能，能存儲至少1組波形，存儲深度至少為1屏數(shù)據(jù)，并可回調(diào)存儲波形。（5）實(shí)時顯示輸入信號的峰峰值（Vpp）、有效值（V

6、rms）和頻率。（6）具有遠(yuǎn)程控制功能，通過遠(yuǎn)程終端控制該示波器的采樣運(yùn)行、停止、回放等操作。（7）自制電源。（8）其它。（在滿足上述要求的基礎(chǔ)上，自行增加功能或提高性能指標(biāo)。如擴(kuò)展輸入信號幅度和頻率范圍、提高幅度和頻率分辨率、增加保護(hù)電路、提高人機(jī)交互友好程度、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程波形數(shù)據(jù)的傳輸?shù)龋┤?總體方案設(shè)計3.1方案比較 方案一：利用一片430單片機(jī)作為主控芯片，對函數(shù)發(fā)生器傳輸過來的波形進(jìn)行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)送到LCD液晶屏上進(jìn)行實(shí)時顯示。同時通過紅外裝置進(jìn)行無線傳輸，將波形數(shù)據(jù)傳輸給另一片430單片機(jī)，對波形的參數(shù)（頻率、幅值、相位）進(jìn)行實(shí)時顯示。其電路方框圖如下圖1所示： 圖1 方案二：它

7、的工作原理是：對于輸入的信號，首先由信號調(diào)理電路將信號進(jìn)行整形，濾波處理，然后將處理后的信號送入到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端，由A/D轉(zhuǎn)換器對輸入的模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理，數(shù)字化處理后的數(shù)據(jù)存儲在定義的數(shù)組中，一幀數(shù)據(jù)采集完成后，經(jīng)過一定的數(shù)字信號處理算法，計算出波形的相關(guān)參數(shù)，并對波形進(jìn)行重建送入到LCD液晶顯示器中顯示?；谀?shù)轉(zhuǎn)換電路在給定采樣時鐘的節(jié)拍下把輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)據(jù)值，然后送入到兩片430單片機(jī)中分別實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時顯示和波形相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示的功能。其電路方框圖如下圖2所示： 圖 23.2方案選擇 對于方案一，其實(shí)現(xiàn)結(jié)果效果較好，但是紅外無線傳輸電路較復(fù)雜，且程序較繁瑣；相

8、比之下方案二則整體思路比較明確，單片機(jī)直接對調(diào)理電路調(diào)理過后的信號采樣和取值，分別顯示波形和波形相關(guān)參數(shù)。故本作品采用方案二作為設(shè)計方案。3.3總體方案設(shè)計參數(shù)計算本作品的設(shè)計要求中，由于輸入信號要求0±10Vpp，分辨率可達(dá)0.4Vpp，輸入信號頻率范圍可達(dá)100Hz10KHz，頻率分辨率可達(dá)100Hz。故在前級調(diào)理電路中，可以采用集成運(yùn)放將基線和幅值調(diào)理成MSP430單片機(jī)能夠采集的范圍之內(nèi)。由于波形顯示需要不失真，因而在AD采樣時采用單片機(jī)內(nèi)部AD定時器采樣，最高可達(dá)200kbps。采樣數(shù)據(jù)存放在數(shù)組中，利用給液晶屏地址賦值的方式將波形顯示出來。四 電路單元模塊設(shè)計4.1 單片

9、機(jī)主控芯片電路模塊430單片機(jī)主控芯片模塊電路圖如下圖所示：圖3 單片機(jī)主控芯片模塊電路圖此模塊電路主要負(fù)責(zé)對接收的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，取樣，再把得到的數(shù)據(jù)傳送給12864液晶屏進(jìn)行實(shí)時顯示。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)的處理才能夠送給ADC，因?yàn)锳DC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

10、調(diào)整。當(dāng)然，如果調(diào)理電路工作效果不是很好，就需要在函數(shù)發(fā)生器上講波形進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在把調(diào)整后的波形送入到430單片機(jī)中。4.2液晶顯示器電路模塊4.2.1 LCD12864液晶模塊的特點(diǎn)是：* LCD12864顯示內(nèi)容12864點(diǎn)陣，點(diǎn)大小0.480.48mm2，點(diǎn)間距0.04mm* 顯示類型：STN藍(lán)白模式、LED背光；工作電壓：5V* 控制器為KS01074.2.2 12864液晶屏芯片管腳與功能見表一 表一 液晶模塊LCM12864管腳說明標(biāo)號引腳功能VSS1地VDD2邏輯部分電源VO3對比度調(diào)節(jié)R/S4指令/數(shù)據(jù)寄存器R/W5讀寫選擇信號E6使能信號DB0-DB77-14數(shù)據(jù)線0-7C

11、S115左半屏片選信號CS216右半屏片選信號/RST17復(fù)位信號Vout18負(fù)電源輸出A19背光正極K20背光負(fù)極4.2.3 液晶模塊的讀寫時序液晶模塊的讀寫時序如下圖所示 圖4 液晶模塊的寫時序E為使能信號，高電平有效，在E的下降沿鎖存數(shù)據(jù)。圖5 液晶顯示接口電路液晶顯示接口電路上圖所示，圖中：電位器w1用來調(diào)節(jié)對比度；DB0DB7為8位數(shù)據(jù)線，與AT89S52的P0.0P0.7相連；CS1為左半屏片選信號，CS2為右半屏片選信號；P3.4接入液晶顯示的的使能端；P3.1接至液晶顯示器的R/W端；P3.0接至液晶顯示的指令/數(shù)據(jù)寄存器（RS端）。五 輔助電源電路根據(jù)交流電變成直流電的原理，

12、該設(shè)計問題按先后順序可分為變壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路，其流程圖如圖6所示。電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路220VVO圖6 電源電路流程圖系統(tǒng)電源電路的電路圖如圖7所示：圖7 系統(tǒng)可調(diào)電源電路電路圖為保證空載情況下輸出電源穩(wěn)定，R1不宜高于240。取R1=200。由LM317的性質(zhì)可得：當(dāng)輸出為+3到+18V可調(diào)時，經(jīng)計算得R2= 280，RV1min = 0,RV1max= 2400。實(shí)際上不可能達(dá)到這一要求，以防實(shí)際工作中出現(xiàn)誤差，保留一定的余度。故取R2為選用一個500的電位器，因此可調(diào)500電位器可以滿足R2=280,RV1 = 2.5K的可調(diào)電位器，由于資源有限，所以本

13、設(shè)計就選用了5.1K的電位器并聯(lián)上一個5.1K的電阻，其有效電阻了2.55K的可調(diào)電位器，此值可滿足RV1max= 2400的要求。六 程序軟件部分6.1軟件流程圖軟件設(shè)計部分主要包括主程序模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、按鍵處理模塊，其流程圖如下圖8所示。圖8 軟件設(shè)計流程圖6.2 部分程序代碼#include "msp430.h"#include "cry12864.h"#include "qq.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define Num_

14、of_Results 128int x,y;unsigned int YNum_of_Results; /測試用Y坐標(biāo)（12位AD值）uint t,max;/*主函數(shù)*/void main( void ) /*下面六行程序關(guān)閉所有的IO口*/ P1DIR = 0XFF;P1OUT = 0XFF; P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0XFF; P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF; P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF; P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF; P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0Xff; WDTCTL = WDTPW +

15、 WDTHOLD; /關(guān)閉看門狗 P6DIR |= BIT2;P6OUT |= BIT2; Ini_Lcd(); Clear_GDRAM(); P6SEL |= 0x04; / 使能ADC通道 ADC12CTL0 = ADC12ON + SHT0_8 + MSC; / 打開ADC，設(shè)置采樣時間 ADC12CTL1 =SHP + CONSEQ_2 + CSTARTADD_2; / 使用采樣定時器 ADC12MCTL2 = INCH_2 + EOS; ADC12IE = 0x04; / 使能ADC中斷 ADC12CTL0 |= ENC; / 使能轉(zhuǎn)換 ADC12CTL0 |= ADC12SC; /

16、 開始轉(zhuǎn)換 _EINT(); LPM4; /實(shí)際顯示X坐標(biāo) while(1); #pragma vector=ADC_VECTOR_interrupt void ADC12ISR (void) static uint index = 0; Yindex+ = ADC12MEM2; / Move results if(index = Num_of_Results) for(x=0;x<128;x+) y=(Yx*1.0/4096.00)*64; /實(shí)際顯示Y坐標(biāo) Mskx/8+16*y|=(0x80>>(x%8); Draw_PM(Msk); _NOP(); /在這里設(shè)置斷點(diǎn)觀

17、察液晶屏幕顯示 GUI_PrtPic(0, 0, 239, 319, gImage_root01);/ 示波器面板（背景）圖顯示 GUI_Line(224, 268, 224, 315, 0xffff);/Running至Off間6根短白線 GUI_Line(184, 268, 184, 315, 0xffff); GUI_Line(144, 268, 144, 315, 0xffff); GUI_Line(104, 268, 104, 315, 0xffff); GUI_Line( 64, 268, 64, 315, 0xffff); GUI_Line( 24, 268, 24, 315,

18、0xffff); WaveTrackCnt = 0; GUI_PrtStr(208, 270, "Coupling", 0xfee4, 0x0274); / "Coupling"和" DC "顯示 GUI_PrtStr(188, 280, " DC ", 0x0000, 0xffff); GUI_PrtStr(168, 273, "Volt/Div", 0xfee4, 0x0274);/ "Volt/Div"和" 0.42V "顯示 GUI_PrtStr(

19、148, 275, " 0.42V ", 0x0000, 0xffff); GUI_PrtStr(128, 270, "Time/Div", 0xfee4, 0x0274); / "Time/Div"和" 60uS "顯示 GUI_PrtStr(108, 275, " 60uS ", 0x0000, 0xffff); GUI_PrtStr( 88, 274, "TrigVolt", 0xfee4, 0x0274);/ TrigVolt顯示 sprintf(UART0_StrB

20、uff, " %1.2fV ", CH1TptVal*3.3/255); GUI_PrtStr( 68, 276, UART0_StrBuff, 0x0000, 0xffff); GUI_PrtStr( 48, 280, "Invert", 0xfee4, 0x0274);/ "Invert"和" Off "顯示 GUI_PrtStr( 28, 283, " Off ", 0x0000, 0xffff); 七 作品的調(diào)試和測試簡單系統(tǒng)硬件的調(diào)試通常采用載入簡單的測試程序并運(yùn)行，使用數(shù)字表或示波器觀察；對有些硬件例如顯示器、鍵盤等可直接編入程序觀察