哈工大智能儀器課程設(shè)計_簡易數(shù)字示波器設(shè)計

1、LOGO智能儀器課程設(shè)計 簡易數(shù)字示波器設(shè)計概述v 基于模擬示波器的數(shù)字存儲示波器（Digital Storage Oscilloscope，DSO）v 被測模擬信號經(jīng)AD采集后存入RAM，再經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后送入模擬示波器概述數(shù)字存儲示波器相對模擬示波器的優(yōu)點(diǎn)v智能化：開機(jī)初始化、自動選擇最優(yōu)配置v豐富的觸發(fā)類型（連續(xù)掃描與觸發(fā)掃描）v豐富、先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理與波形顯示功能v設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)連續(xù)觸發(fā)與單次觸發(fā)雙蹤示波垂直、水平分辨率帶寬要求量程自動調(diào)節(jié)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)（一）（一）v連續(xù)觸發(fā)與單次觸發(fā)v連續(xù)觸發(fā)：普通的觸發(fā)掃描工作模式，滿足觸發(fā)條件時連續(xù)存儲顯示v

2、單次觸發(fā)：滿足觸發(fā)條件時進(jìn)行一次存儲與顯示v通過對CPLD編寫邏輯實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)（二）（二）v雙蹤示波雙蹤示波實(shí)現(xiàn)示意圖v 模擬開關(guān)S1控制兩路輸入信號的高速切換，對兩通道信號輪流實(shí)時采樣，并將兩路波形數(shù)據(jù)分別存儲在示波器的奇、偶地址位并分別送CH1、CH2顯示通道輸出，輸出由高速模擬開關(guān)S2控制v 每個通道實(shí)際看到的都是斷續(xù)波形ADRAMDAS1S2設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)（三）（三）v設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)（四）（四）v設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)（五）（五）v水平分辨率：20點(diǎn)/divvDSO水平方向每格掃描20個點(diǎn)設(shè)計要求與技

3、術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)（六）（六）v 量程自動調(diào)節(jié) 實(shí)現(xiàn)方法：軟硬結(jié)合設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)（六）（六）LOGO多處理器方案多處理器方案多處理器方案多處理器方案v三個位處理器+兩個模擬通道v采集處理器：將來自雙通道AD數(shù)據(jù)按觸發(fā)時間修正后存入波形存儲器v波形翻譯器：從波形存儲器中取出按時間采集的數(shù)據(jù)，并寫入顯示器v主處理器：協(xié)調(diào)控制各模塊的功能v特點(diǎn)：多處理器各負(fù)其責(zé)、協(xié)同工作，示波器性能較高；專用示波器設(shè)計方案方案二方案二 以單片機(jī)和可編程邏輯器件為核心，設(shè)計任務(wù)分解為信號調(diào)理、觸發(fā)信號產(chǎn)生、采集存儲、數(shù)據(jù)融合處理等各模塊方案三方案三AT89S52單片機(jī)鍵盤顯示前級信號調(diào)理電

4、路輸入數(shù)據(jù)采集電路CPLD存儲器行掃描電路列掃描電路X 模 擬 示 波Y 器方案三方案三v按各電路功能分類v設(shè)計規(guī)范、合理v容易實(shí)現(xiàn)v綜合考慮設(shè)計需求與實(shí)現(xiàn)難度，決定采用方案三單元電路單元電路設(shè)計設(shè)計（一）（一）v前級信號調(diào)理電路通道選擇模擬開關(guān)放大、衰減反向比例電路電平轉(zhuǎn)換單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計（一）（一） 前級信號調(diào)理電路前級信號調(diào)理電路v輸入 兩路待測模擬信號 輸出 調(diào)理后送至AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號v選擇雙蹤示波或單路示波功能IC3 74F157（用單片機(jī)P1.3口實(shí)現(xiàn)切換）v信號放大，使輸入AD的信號處于AD正確輸入范圍之內(nèi)IC6，CD4051 選擇不同的反饋電阻vIC7，LM356完

5、成電平轉(zhuǎn)換功能。因前級為反相比例電路，且后級AD的參考電壓Vref=2.5V，故Uo=2.5-UivIC1、IC2起隔離作用單元電路單元電路設(shè)計設(shè)計（二）（二）v單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計（三）（三） 存儲與數(shù)據(jù)處理電路存儲與數(shù)據(jù)處理電路v存儲器RAM選型： 1、存儲容量/存儲深度H：應(yīng)大于一次掃描中的點(diǎn)數(shù)，即20點(diǎn)/div*10div=200點(diǎn)。存儲器容量應(yīng)大于200KB2、RAM類型選擇：使用雙端口RAM（Dual Port RAM，DPRAM）作為存儲器。DPRAM有兩組相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)、地址、控制線，可同時對RAM內(nèi)的存儲單元進(jìn)行讀寫操作而互不影響。使用DPRAM可較好地解決數(shù)據(jù)的高速存取

6、問題。v根據(jù)以上分析，選雙端口靜態(tài)存儲器IDT7132，存儲容量2KB，訪問速度高達(dá)35ns單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計（三）（三） 存儲與數(shù)據(jù)處理電路存儲與數(shù)據(jù)處理電路v 電路圖見“存儲電路”pdfv IDT7132的右側(cè)數(shù)據(jù)口I/OR7I/OR0輸入來自AD轉(zhuǎn)換后的信號，左側(cè)數(shù)據(jù)口I/OL7I/OL0將電壓信號輸出至列掃描電路的DA轉(zhuǎn)換器。DPRAM的兩組地址線AR0AR8 、AL0AL7由可編程邏輯器件CPLD控制。v 輸入電路：當(dāng)sel=0（由P1.2控制），四路二選一MUX將ARa0 ARa8與DPRAM右側(cè)地址線AR0AR8相連，CPLD輸出有效地址給DPRAM，ADC數(shù)據(jù)存入DPRA

7、M中；當(dāng)sel=1，MUX選ARb0 ARb8，DPRAM右側(cè)地址線高阻，處于數(shù)據(jù)處理或鎖存狀態(tài)。v HADR0HADR7：累加器，它的輸出作為行掃描電路的輸入單元電路單元電路設(shè)計（四）設(shè)計（四）v行掃描電路階梯波電壓疊加單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計（四）（四） 行掃描電路行掃描電路v輸入：CPLD累加器輸出的數(shù)字階梯波信號v輸出：至模擬示波器水平掃描的模擬階梯波信號v核心是高速DAC AD7533。后級為電平疊加電路，調(diào)節(jié)Rp可對鋸齒波疊加不同直流電壓，實(shí)現(xiàn)波形的左右平移單元電路單元電路設(shè)計（五）設(shè)計（五）v列掃描電路CH1電壓疊加CH2電壓疊加被測信號單元電路設(shè)計單元電路設(shè)計（五）（五） 列列掃描電路掃描電路v輸入：DPRAM左側(cè)數(shù)據(jù)通道輸出的采樣數(shù)據(jù)v輸出：模擬示波器Y通道的列掃描模擬信號v核心是高速DA轉(zhuǎn)換器 DAC0800v可在程序控制下選擇CH1或CH2輸出v后級為電平疊加電路。分別調(diào)節(jié)RP3、RP4實(shí)現(xiàn)CH1、CH2輸出波形的上下平移軟件設(shè)計軟件設(shè)計v主要是單片機(jī)與CPLDv單片機(jī)：1）監(jiān)控示波器的整個運(yùn)行過程 2）一些簡單的功能與設(shè)置：通道切換、單雙蹤通道選擇、自動量程轉(zhuǎn)換、水平垂直偏移、放大衰減倍率vCPLD：復(fù)雜的控制功能的實(shí)現(xiàn)觸