便攜式信號發(fā)生器及示波器設(shè)計—軟件設(shè)計

1、四川大學(xué)錦江學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 畢業(yè)論文（設(shè)計）題 目 便攜式信號發(fā)生器及示波器設(shè)計軟件設(shè)計 院 系 電子信息學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 年級 2010級 學(xué)生姓名 茍 浩 學(xué) 號 100610103 指導(dǎo)教師 沈毅斌 III便攜式信號發(fā)生及示波器設(shè)計軟件設(shè)計電子信息工程專業(yè)學(xué)生 茍浩 指導(dǎo)教師 沈毅斌【摘 要】本設(shè)計以單片機控制技術(shù)為核心，3.2寸觸摸液晶屏作為控制及顯示設(shè)備，憑借基于直接式數(shù)字頻率合成器的芯片AD9851作為信號源和高速AD采樣芯片AD9280制作。通過編寫單片機STC15F2K61S2相關(guān)控制代碼，在觸摸液晶屏實現(xiàn)功能選擇,數(shù)字輸入及結(jié)果顯示，包括信號發(fā)生器和簡易示波器

2、。信號發(fā)生器需達(dá)到輸出指定頻率的正弦信號并在屏幕上顯示，簡易示波器則需完成對數(shù)據(jù)的采集和計算并將波形及相關(guān)參數(shù)顯示在屏幕上。該設(shè)計簡潔便攜，價格便宜，能滿足大部分場合的需求?！娟P(guān)鍵詞】觸摸屏 單片機 信號發(fā)生器 示波器 The Design of Portable signal generator and oscilloscopeSoftware Design 【Abstract】 The design of single-chip control technology as the core, 3.2-inch LCD touch screen as the control and disp

3、lay equipment, with direct digital frequency synthesizer based chip AD9851 AD as a signal source and high-speed sampling chip AD9280 production. By writing the relevant code to the microcontroller STC15F2K61S2 in LCD touch screen function selection and results achieved, including signal generators a

4、nd simple oscilloscope. Required to achieve the specified signal generator output frequency sinusoidal signal and displayed on the screen, you need to complete a simple oscilloscope data collection and calculation parameters and waveforms and displayed on the screen. The design is simple, portable,

5、inexpensive, can meet the needs of the majority of occasions.【Keywords】Touchscreen; Microcontroller; Signal Generator; Oscilloscope;目 錄1 緒論11.1 背景11.2 現(xiàn)狀與發(fā)展11.3 論文主要工作22 方案論證32.1 單片機的通信方案論證32.2 串口收發(fā)方式的方案論證43 理論分析與計算53.1 Vpp、Vmax、Vmin的計算53.2 Vrms的計算53.3 掃頻參數(shù)與晶振時間的計算64 軟件設(shè)計64.1 主程序74.2 信號發(fā)生器子程序84.3 示波

6、器子程序105 硬件設(shè)計125.1 高速AD采集前置電路125.2 高速AD采樣電路125.3 DDS信號源電路136 系統(tǒng)測試146.1 測試儀器146.2 示波器功能測試146.3 信號發(fā)生器功能測試156.4 系統(tǒng)整機測試157 總結(jié)以及展望16致 謝18參考文獻(xiàn)19附 錄201 緒論隨著我國高速發(fā)展，信息時代已悄然來臨，電子電氣與數(shù)字信息深入了百姓生活中的方方面面。越來越多的基建設(shè)施開始修建并投入使用。為了降低維護(hù)人員的工作強度提高工作人員的效率，國內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出大批便攜式的測量儀涉及到各個工業(yè)民用領(lǐng)域。數(shù)字示波器、信號發(fā)生器都是常用的檢測測量儀器, 也是用處最廣泛的儀器。但傳統(tǒng)的示波器

7、及信號發(fā)生器的體積都比較大, 不像萬用表那樣攜帶方便, 一般只能在固定場合使用。而工程測量中往往不可能時時刻刻攜帶笨重的“臺式”儀器，因此市場對手持測量儀器的操作簡單、快捷，用途多樣化的需求越來越明顯。其操作簡單、快捷，實時性強，在電子測量領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。很好的彌補了固定測量設(shè)備靈活性差，功能單一的缺點，可以有效的完成檢測及測試任務(wù)，能有效提高戶外測量人員的工作效率。因此設(shè)計一種具有這兩種測量功能的測量儀，體積小、如普通萬用表大，質(zhì)量輕、操作簡單，通過觸屏進(jìn)行功能選擇，即可實現(xiàn)這兩種基本測量的儀器具有重要意義。1.1 背景目前儀器儀表呈現(xiàn)出高速發(fā)展趨勢，20世紀(jì)中期以后，隨著自動控制理論

8、的產(chǎn)生和自動控制技術(shù)的逐漸成熟，以A /D (數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)的數(shù)字式儀器儀表得到快速發(fā)展。伴隨著通訊、計算機、軟件和新材料、新技術(shù)等的高速發(fā)展與成熟，人工智能化在線測控成為可能，使儀器走向智能化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)字儀器、智能儀器、個人計算機儀器、虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)儀器代表了20世紀(jì)現(xiàn)代科學(xué)儀器發(fā)展的主流與方向。儀器儀表行業(yè)“十二五”規(guī)劃要求把傳感器及智能化儀器儀表擺到推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要位置，在工信部相關(guān)資源中對傳感器及智能化儀器儀表的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化予以支持【1】。我國儀器儀表行業(yè)廣泛通過電子商務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用，為該行業(yè)發(fā)展做出了強有力的貢獻(xiàn)。而隨著十二五的到來，我國儀器儀表行業(yè)也必

9、將進(jìn)入一個超 高速發(fā)展階段。未來五年，儀器儀表行業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到或接近萬億元，年平均增長率高達(dá)15%。未來五年，我國儀器儀表行業(yè)將應(yīng)用電子商務(wù)開拓市場，其必將成為行業(yè)持續(xù)發(fā)展的主流趨勢【1】。所以便攜式儀器彌補了傳統(tǒng)儀器的不足，價格便宜，將具有更大的市場。1.2 現(xiàn)狀與發(fā)展盡管在國家宏觀調(diào)控政策的引導(dǎo)與控制下，我國儀器儀表行業(yè)在近些年來取得了前所未有的高速發(fā)展，然而核心技術(shù)的缺失，大量高尖端產(chǎn)品仍然依賴國外進(jìn)口，這是我國儀器儀表行業(yè)面臨的嚴(yán)峻考驗之一。 中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會顧問董景辰曾經(jīng)指出：其實很早就有人看到，現(xiàn)今儀器儀表行業(yè)企業(yè)小、散、亂的狀況也是阻礙本行業(yè)發(fā)展的重要原因之一。但是

10、在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時期，市場需求很大，小、散、亂企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品也都能完成銷售任務(wù)，因此企業(yè)沒有動力，也沒有需求來改變這一現(xiàn)狀。事實上，市場經(jīng)濟(jì)的無序競爭確實要為當(dāng)今儀器儀表行業(yè)的一部分現(xiàn)狀買單。然而，由于企業(yè)實力不強，造成在技術(shù)研發(fā)和制造生產(chǎn)過程方面的人才與資金投入嚴(yán)重不足，致使國內(nèi)產(chǎn)品和國外相比還有很大差距卻更是主要的原因【2】。1、 加大技術(shù)研發(fā)和制造投入我國儀器儀表雖然占有市場的大量份額，但主要聚集在低端市場。大部分高端精密儀器仍然需要進(jìn)口，大部分技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)還處在跟蹤國外的狀態(tài)。為了面對國際市場競爭的殘酷性，儀器儀表企業(yè)必須加大技術(shù)研發(fā)和制造投入，掌握核心技術(shù)這樣才能在殘酷的市場中獲得一

11、席之地。2、 規(guī)范儀器儀表行業(yè)當(dāng)今我國大部分儀器儀表企業(yè)主要面向低端民用市場，企業(yè)多，技術(shù)難度低，導(dǎo)致在低端市場競爭激烈，甚至出現(xiàn)惡性競爭，產(chǎn)品質(zhì)量無法保證。因此需要規(guī)范儀器儀表行業(yè)使儀器儀表行業(yè)走向良性發(fā)展。3、 政策的大力支持隨著國家大力振興發(fā)展高新產(chǎn)業(yè)、推進(jìn)兩化融合，國民經(jīng)濟(jì)中各行業(yè)自動化程度逐步提高，對儀器儀表的需求持續(xù)增長，故儀器儀表行業(yè)雖然也受到國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)疲軟的影響，但受到的沖擊程度較小，行業(yè)在整體上仍保持了平穩(wěn)增長【3】。1.3 論文主要工作 本設(shè)計以2塊單片機（分別用A和B表示）STC15F2K61S2最小系統(tǒng)為核心，以高速AD采集模塊，DDS信號發(fā)生器以及3.2寸觸摸液晶屏作

12、為外圍器件。A的最小系統(tǒng)連接3.2寸觸摸屏并通過串口與B相連，B連接高速AD采集模塊（AD9280）和DDS信號發(fā)生器(AD9851)。系統(tǒng)上電后，通過觸摸顯示屏選擇功能，A接受到命令后傳給B，由B驅(qū)動相關(guān)電路完成采集或信號輸出工作。本文主要介紹便攜式發(fā)生器及示波器的軟件設(shè)計、實現(xiàn)過程。 第一章 緒論。主要介紹了便攜式信號發(fā)生器及示波器的開發(fā)背景、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、論文主要工作。第二章 方案與論證。對單片機通信方式及部分代碼的編寫方式進(jìn)行功能分析，設(shè)計幾種方案，并進(jìn)行其可行性、技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)以及技術(shù)難點與解決方案的分析，最終選出最可行的方案。第三章 相關(guān)計算公式理論。主要介紹示波器的有效電壓

13、，頻率，幅值等的計算。第四章 軟件設(shè)計。先進(jìn)行單片機程序設(shè)計，程序編好后就進(jìn)行對其進(jìn)行測試。第五章 硬件設(shè)計。先進(jìn)行原理圖的設(shè)計，用AD畫出原理圖，再進(jìn)行PCB的設(shè)計，但一定要注意元器件參數(shù)與測試方法的選擇，最近進(jìn)行電路板的焊接。第六章 系統(tǒng)的調(diào)試與結(jié)論。調(diào)試軟件，并對系統(tǒng)進(jìn)行整合，觀測項目結(jié)果。2 方案論證本設(shè)計基于STC15F2K61S2單片機，高速AD9280及DDS信號發(fā)生器AD9851實現(xiàn)信號發(fā)生器和簡易示波器設(shè)計。在觸摸液晶屏實現(xiàn)功能選擇,數(shù)字輸入及結(jié)果顯示；信號發(fā)生器功能實現(xiàn)輸出指定頻率的正弦信號并在屏幕上顯示；簡易示波器功能完成對數(shù)據(jù)的采集和計算并將波形及相關(guān)參數(shù)顯示在屏幕上。

14、軟件流程圖如下圖所示。圖1 軟件流程圖系統(tǒng)上電后，單片機A接受到的來至觸摸屏的控制信號和控制參數(shù)通過串口傳給單片機B，單片機B在根據(jù)相關(guān)命令驅(qū)動相關(guān)電路并將結(jié)果回執(zhí)給單片機A，單片機A對回執(zhí)數(shù)據(jù)處理后顯示在屏幕上。2.1 單片機的通信方案論證單片機的通信主要完成單片機與單片機或單片機與其他外設(shè)的數(shù)據(jù)交換。要求傳輸穩(wěn)定占有很少的系統(tǒng)或硬件資源。當(dāng)前單片機主機從機之間的通信主要有SPI、UART、I2C三種方式。2.1.1 SPI(Serial Peripheral Interface-串行外設(shè)接口)SPI總線接口系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與多種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以完成信息

15、流的交換。主要優(yōu)缺點如下1、傳輸速度快，為全雙工通信其傳輸速度較I2C快很多能達(dá)到幾Mbps。2、雖然SPI傳輸速度較快，但他占用了較多的I/O口，且沒有應(yīng)答機制無法確認(rèn)是否完成接收。接收框圖如下圖所示。圖2 SPI接收結(jié)構(gòu)圖2.1.2 I2C內(nèi)部整合電路用于MCU及其外圍設(shè)備的連接。是當(dāng)今微電子通信和電子控制領(lǐng)域中使用最廣泛的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的特殊形式中的其中一種，I2C具有接口線少，控制方式簡單有效，器件封裝形式較小，通信速率較高等優(yōu)點。但本設(shè)計中STC15F2K61S2單片機不具備I2C硬件接口，只能通過代碼軟件模擬通信方式，代碼工作量較大。因此不采用此方式進(jìn)行通信。2.1.3

16、 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter-通用異步收發(fā)傳輸器)UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該通用串行總線為雙向通信，可以實現(xiàn)全雙工傳輸和接收。且大部分單片機都帶有1個或多個UART。UART通信方式代碼簡單，傳輸效率高，且只占用2個I/O口，其性能指標(biāo)，與簡單的代碼設(shè)計完全能滿足本次作品設(shè)計所以在本設(shè)計中我選擇UART方式進(jìn)行通信。2.2 串口收發(fā)方式的方案論證串口收發(fā)方式主要有中斷方式和查詢方式，中斷方式比較適合處理具有隨即特性的事件，事件發(fā)生后向cpu提出申請，然后cpu會保存當(dāng)前的任務(wù)轉(zhuǎn)去處理事件。編程時采用查詢

17、方式則需要程序不斷查詢標(biāo)志位來確定事件是否已經(jīng)發(fā)生，而中斷方式要編寫中斷服務(wù)子程序來處理中斷事件。中斷方式和查詢方式其區(qū)別簡單總結(jié)如下圖所示圖3 查詢與中斷方式總結(jié)圖中斷方式與查詢方式相比能節(jié)約系統(tǒng)開銷不浪費CPU資源，但在本設(shè)計中主從機串口不僅都用來發(fā)送命令數(shù)據(jù)也都有接收命令數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)的收發(fā)時間段是已知的。為方便代碼編寫，明確程序流程。在本系統(tǒng)中查詢方式與中斷方式相比系統(tǒng)開銷相差無幾。綜上所述，本次設(shè)計采用查詢方式設(shè)計以方便代碼的編寫。3 理論分析與計算本設(shè)計主要通過高速AD采樣實現(xiàn)便攜式示存儲波器功能，便攜式示波器需要完成對波形常見參數(shù)的計算包括Vpp、Vmax、Vmin、Vrms。其中不

18、同波形的Vrms計算不同且較為復(fù)雜。3.1 Vpp、Vmax、Vmin的計算AD9820為8位高速AD芯片，量程為02V，本設(shè)計加入了前置梳理電路使量程變?yōu)?5V+5V,模數(shù)轉(zhuǎn)換后值為0255。因此可計算出分辨率為10/256=0.0390625V。在值為127時輸入電壓為零。大于127時輸入電壓為正，小于127輸入電壓為負(fù)。Vmax的值為AD采集數(shù)據(jù)中對應(yīng)的最大數(shù)值當(dāng)Vmax大于127時其值為（最大采集數(shù)值-127）*0.0390625。小于127時其值為最大采集數(shù)值*0.0390625-5。同理Vmin為值為AD采集數(shù)據(jù)中對應(yīng)的最小數(shù)值當(dāng)Vmin大于127時其值為（最小采集數(shù)值-127）*

19、0.0390625。小于127時其值為最小采集數(shù)值*0.0390625-5。Vpp為峰峰值其計算方法為Vpp=Vmax-Vmin （1）3.2 Vrms的計算Vrms指交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的讓交變電流和直流電通過同樣的電阻，如果它們在同一時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，就把這一直流電的數(shù)值叫做這一交流電的有效值簡而言之就是周期電源中用運算平均功或平均能之大小值，稱為有效值。有一周期T的交電壓，在一周期時間內(nèi)對一負(fù)載R所做的功為【5】 （2）而在同一時間直電壓V對負(fù)載R所做的功為 （3）兩者做功相同則有 （4）變換得 （5）這個電壓即為有效電壓也稱均方根值。本設(shè)計中考慮到單片機的性能只對正

20、弦波、三角波、方波進(jìn)行Vrms計算，從軟件設(shè)計上讓系統(tǒng)自動判斷波的類型較為復(fù)雜，所以當(dāng)用戶觀察到波形后手動選擇計算類型計算相關(guān)參數(shù)。正弦波的有效值為 （6）三角波的有效值為 （7）方波的有效值為 （8）3.3 掃頻參數(shù)與晶振時間的計算本設(shè)計中選用的晶振為24MHz，且STC15F2K61S2是1T單片機此時1時鐘周期等于1機器周期，但在本設(shè)計中為方便計算并減小誤差定時器任然選用12T模式因此可根據(jù)時鐘晶振的振蕩頻率計算出機器周期，因此一個計數(shù)周期T=1/（24Mhz/12）=0.5us （9）掃頻模式中需要用戶輸入起始頻率、終止頻率、步進(jìn)及掃頻時間這些相關(guān)參數(shù)。步進(jìn)次數(shù)=（終止頻率-起始頻率）

21、/步進(jìn)，步進(jìn)時間=掃頻時間/步進(jìn)次數(shù)。通過定時器0的多次定時計數(shù)即可確定時間進(jìn)行相應(yīng)的幅值最終完成掃頻功能。4 軟件設(shè)計在硬件的基礎(chǔ)上對軟件進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計要求包括兩大功能簡易信號發(fā)生器和簡易示波器用戶可以根據(jù)需要自行選擇相應(yīng)的功能。其中簡易信號發(fā)生器要求用戶能隨意選擇模式或更改參數(shù)，簡易示波器要求能進(jìn)行波形顯示、部分參數(shù)顯示、存儲、時間軸可調(diào)等。以上功能也是相關(guān)模塊的基本功能，實現(xiàn)這些功能使得系統(tǒng)更加人性化更具有實用性。因此根據(jù)系統(tǒng)軟件設(shè)計要求將軟件劃分為：信號發(fā)生器、簡易示波器兩大模塊。4.1 主程序主程序完成系統(tǒng)初始化并等待用戶進(jìn)行功能選擇，其中初始化包括初始化觸摸顯示屏、串口等。圖4

22、 程序流程圖系統(tǒng)上電隨即開始運行進(jìn)入主程序，進(jìn)入主程序后先開始初始化，初始化包括整個系統(tǒng)所需要的一系列外設(shè)，最先開始初始化觸摸顯示屏隨后是串口。初始化完成后系統(tǒng)將功能顯示輸出在屏幕上等待用戶進(jìn)行功能選擇。選擇相應(yīng)功能后即進(jìn)入相應(yīng)的子模塊。主要（關(guān)鍵）代碼：main() spistar() ;/模擬SPI初始化Lcd_Init(); /tft初始化uart_init(); /串口初始化LCD_Clear(WHITE); /清屏BACK_COLOR=BLACK;POINT_COLOR=WHITE; kaishijiemian();while(1) Convert_Pos(); /檢測觸摸屏 if(

23、tp_pixlcd.x>87) && (tp_pixlcd.x<155) && (tp_pixlcd.y>200) && (tp_pixlcd.y<235) tp_pixlcd.x=0;tp_pixlcd.y=0; zhujiemian(); 此段程序是系統(tǒng)初始化的程序，初始化觸摸顯示屏和串口后，以白色清屏讀取開始界面，將功能界面顯示在屏幕上，隨后進(jìn)入無限循環(huán)不停的檢測觸摸屏上是否有輸入，當(dāng)偵測到有輸出且在觸摸屏上指定的區(qū)域就可執(zhí)行相關(guān)子函數(shù)。4.2 信號發(fā)生器子程序當(dāng)用戶在功能選擇界面選擇信號發(fā)生器時即進(jìn)入信號發(fā)生器子程

24、序，信號發(fā)生器又分固定頻率輸出和掃頻模式輸出。用戶在主程序中選擇信號發(fā)生器功能后進(jìn)如該子程序，該子程序又分兩種功能模式。選字固定頻率輸出時，用戶從屏幕上輸入頻率大小，從屏幕接收完參數(shù)后單片機將控制字發(fā)送給AD9851，AD9851讀取數(shù)據(jù)后輸出指定頻率。同理掃頻模式中單片機接收到相關(guān)參數(shù)后開始計算相關(guān)參數(shù)，在一定的時間范圍內(nèi)不停的將控制字發(fā)生給AD9851使其在不同的時刻輸出不同的頻率以達(dá)到掃頻效果。圖5 程序流程圖主要（關(guān)鍵）代碼： while(1) if(Penirq=0) if(Convert_Pos()/得到坐標(biāo)值 while(Penirq=0); /松手 delayms(100);

25、/ 按鍵值 0 if(tp_pixlcd.x>100)&&(tp_pixlcd.x<135)&&(tp_pixlcd.y>290)&&(tp_pixlcd.y<320) tp_pixlcd.x=0;tp_pixlcd.x=0; a=a*10; LCD_Fill(100,0,239,50,WHITE); LCD_ShowNum(100,20,a,10); 該模塊的程序過于冗長，這里只簡要介紹鍵盤，與頻率字轉(zhuǎn)換代碼。用戶通過屏幕上的鍵盤輸入?yún)?shù)，此段代碼程序即完成此功能記錄下每一個用戶按下的鍵值依次向左移位即得到用戶輸入數(shù)據(jù)，

26、輸入的數(shù)據(jù)通過頻率轉(zhuǎn)換程序發(fā)送給下位單片機，下位單片機接收到數(shù)據(jù)后即開始相應(yīng)的工作。此處的頻率轉(zhuǎn)換字代碼主要是為了方便串口傳輸。4.3 示波器子程序當(dāng)用戶在功能選擇界面選擇簡易存儲示波器時即進(jìn)入示波器子程序。本程序主要完成三種功能，分別是波形顯示、存儲、顯示上次波形。其中波形顯示能完成時間軸4倍放大與縮小，并計算部分參數(shù)。存儲將采集的數(shù)據(jù)信息存入EEPROM以便在顯示上次波形功能中完成顯示。圖6 程序流程圖用戶選擇示波器功能進(jìn)入示波器子程序，該子程序仍有波形采集與讀取保存波形兩大功能，前者主要用于波形觀察。當(dāng)用戶選擇波形采集AD9820開始采集數(shù)據(jù)并將采集的數(shù)據(jù)存入單片機的ram中，所以ram

27、容量越大所采集的樣板也就越多，計算也就越準(zhǔn)確。當(dāng)ram存滿時根據(jù)這些樣本計算完成顯示與參數(shù)測算。并由用戶根據(jù)需要選擇是否保存該采集樣本。保存波形大致與波形采集功能類似，只不過保存波形不在采集而是使用上一次保存的樣本進(jìn)行計算，因此能還原上一次保存的波形。主要（關(guān)鍵）代碼：void aj_cun() /保存采集數(shù)據(jù)代碼 unsigned int i,b; b=0; Sector_Erase(0xf000);/擦除扇區(qū), 入口:DPTR = 扇區(qū)地址 Sector_Erase(0xf200);/擦除扇區(qū), 入口:DPTR = 扇區(qū)地址 for(i=0xf000;i<0xf3c0;i+) Byt

28、e_Program(i, adb);/將 DATA 寫入 EEPROM b+; void du_xs() /從EEPROM中讀取上次保存值 unsigned int i,c; c=0; for(i=0xf000;i<0xf3c0;i+) adc= Byte_Read(i); /讀EEPROM的值 c+; du_rom();本文簡要介紹EEPROM的清除與寫入、讀取、以及波形顯示的程序。第一段子程序即為EEPROM的清除與寫入程序。通過擦除扇區(qū)命令擦除儲存數(shù)據(jù)的扇區(qū)，擦除完畢后按地址逐一寫入數(shù)據(jù)。EEPROM的讀取代碼與擦除代碼同理。最后一段程序較大該段程序主要完成波形的顯示和相關(guān)參數(shù)的測

29、量計算方法已在先前闡明此處不再累述。5 硬件設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)由：高速AD采集前置電路、高速AD采樣電路、DDS信號源產(chǎn)生模塊、3.2寸TFT液晶顯示模塊構(gòu)成，通過STC 單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示控制，實現(xiàn)TFT液晶屏的觸控及顯示功能。實現(xiàn)信號源產(chǎn)生及波形顯示功能。5.1 高速AD采集前置電路本系統(tǒng)設(shè)計中選擇外接高速AD采集芯片AD9280，高達(dá)32MSPS。為使采集范圍增加到-5V+5V的最佳采集電壓范圍，設(shè)計了高速AD采集前置信號梳理電路，使簡易存儲示波器系統(tǒng)設(shè)計大為簡化，并提供更可靠的性能。圖4 高速AD采集前置電路5.2 高速AD采樣電路為達(dá)到本系統(tǒng)高速AD采樣的目地。本系統(tǒng)設(shè)計中

30、選擇高達(dá)32MSPS的外接高速AD采集芯片AD9280，采集范圍大，溫漂系數(shù)低，能很好的完成采集任務(wù)。圖5 高速AD采集電路5.3 DDS信號源電路系統(tǒng)中采用AD9851芯片進(jìn)行信號源電路設(shè)計。AD9851是ADI公司采用先進(jìn)的DDS技術(shù)推出的高集成度DDS頻率合成器，它內(nèi)部包括可編程DDS系統(tǒng)、高性能DAC及高速比較器，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成和時鐘發(fā)生。圖6 DDS信號源電路6 系統(tǒng)測試6.1 測試儀器表1 測試儀器儀器名稱型號規(guī)格數(shù)字萬用表DT-9208A+RIGOL雙蹤示波器DS1062C 60MHz 400Msa/sRIGOL函數(shù)信號發(fā)生器20MHz 100Msa/s6.2 示

31、波器功能測試由RIGOL函數(shù)信號發(fā)生器輸出20KHz的正弦信號，三角信號，方波信號。其Vmax為+2.5V Vmin為-2.5V。 圖7 正弦波信號 圖8 方波信號顯示圖9 三角波信號顯示 結(jié)論：示波器功能能大致還原波形圖像，但從測試中可以看出，所測量值均有100mv左右的誤差。初步分析可能是采集的樣本過少所致。6.3 信號發(fā)生器功能測試 選擇固定頻率輸出功能選擇輸出20Khz的正弦信號并用示波器觀察，示波器正常顯示頻率20Khz波形完美。圖10 20khz信號輸出顯示選擇掃頻模式輸出設(shè)定參數(shù)為：掃頻范圍0-40Mhz，步進(jìn)100Khz，掃頻時間2s。示波器能正常顯示。但頻率越高輸出的波形幅值

32、越小。圖11 掃頻信號輸出顯示結(jié)論：信號發(fā)生器能正常發(fā)生0-40Mhz內(nèi)的頻率，但頻率越高信號幅值越小，在60Mhz信號輸出時幅度有效值僅有60mv。6.4 系統(tǒng)整機測試圖12 整機系統(tǒng)圖系統(tǒng)連接好后，首先進(jìn)行的簡易示波器的測試：選擇示波器功能用RIGOL函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生20Khz的不同形狀，相同幅值的波形進(jìn)行測試。波形均能正常顯示，但所測值有一定的誤差，幸運的是此誤差尚在可接收范圍內(nèi)。隨后繼續(xù)信號發(fā)生器的測試，將輸出信號接入RIGOL雙蹤示波器進(jìn)行觀察，在0-40Mhz信號輸出良好，能進(jìn)行掃頻并能輸出穩(wěn)定的波形，40Mhz以上的頻率信號幅值越來越小且信號不穩(wěn)定。整個系統(tǒng)能大致完成所需功能，

33、測試較成功，完成本設(shè)計。7 總結(jié)以及展望本設(shè)計實現(xiàn)設(shè)計要求。設(shè)計實現(xiàn)基于高速A/D器件AD9280和DDS器件AD9851完成，以單片機控制技術(shù)為核心，實現(xiàn)波形的采集顯示與保存，多種信號輸出模式的輸出。整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定，各項指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計要求，能滿足部分場合的應(yīng)用要求。在設(shè)計過程中，從該系統(tǒng)的功能設(shè)計，到方案的論證，再到最后的制作調(diào)試，每一步都非常的重要，也遇到了很多問題，每一個問題都需要去克服，遇到難以解決的問題要及時尋求幫助。我在這個過程中我不僅學(xué)習(xí)到了比這次設(shè)計本身更多的知識而且也學(xué)會了如何更好的與人協(xié)作，現(xiàn)在我更加堅信團(tuán)結(jié)就是力量 。展望，由于時間有限自己的能力有限，本設(shè)計還可以有更

34、多的改進(jìn)，例如選擇性能更高的單片機系統(tǒng)在能使示波器模塊達(dá)到更高的性能指標(biāo)。在PCB元器件的布局和線寬還能更加科學(xué)的設(shè)計，信號的輸出在高頻會更加穩(wěn)定，頻率的可輸出范圍也會增加。致 謝本設(shè)計歷時將近2個多月，其中遇見了很多的困難與挫折，都在老師和同學(xué)的幫助下一一解決。尤其要強烈感謝我的論文指導(dǎo)老師沈毅斌老師，她對我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助解決作品的修改和問題。沒一個環(huán)節(jié)都離不開她的悉心指導(dǎo)，每次遇到困難也是她第一時間給予幫助和支持。老師淵博的專業(yè)知識能力，在治學(xué)上嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，在工作上精益求精的工作作風(fēng)以及誨人不倦的高尚品格，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華而且平易近人的人格

35、魅力對我影響深遠(yuǎn)，也是我以后做人的目標(biāo)。同時也感謝簡磊老師在畢業(yè)作品的制作中給予的充分幫助，使我熟練掌握了儀器的運用和制作的方法。在此，還要感謝在大學(xué)四年期間所有傳授知識的老師們，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了不錯的專業(yè)知識與實踐動手能力，這也是此畢業(yè)設(shè)計能得以完成的堅實基礎(chǔ)。另外此次畢業(yè)設(shè)計的完成也離不開同班同學(xué)們的幫助，衷心的祝愿他們的事業(yè)道路一帆風(fēng)順。本次設(shè)計參考了大量的文獻(xiàn)，對文獻(xiàn)的作者表示崇高的謝意。 參考文獻(xiàn)1 儀器儀表行業(yè)發(fā)展分析 2013-3-152 近年儀器儀表行業(yè)快速發(fā)展的三大原因 2013-1-103 中國儀器儀表行業(yè)分析報告 （2012年3季度）4 馬斌，單片機原理

36、及應(yīng)用，人民郵電出版社，2009年10月5 交流電有效值計算方法 2012-6-66Markus Moser，Microprocessors and Microsystems, Volume 3, April 1979。 7D. Howard Phillips，Electronics Reliability and Measurement Technology, 1998。8 王學(xué)鳳,陳培,韓潮,王盛. 基于DDS芯片AD9851的信號源設(shè)計與實現(xiàn)J. 微計算機信息,2008,22:111-112+218. 9 田良，王堯，黃正瑾，陳建元，束海東，綜合電子設(shè)計與實踐（第二版），2010年7月第

37、2版。 10 楊素行，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程（第三版），清華大學(xué)電子學(xué)教研室，2006年5月。附 錄1、程序代碼1.1讀EEPROM代碼BYTE Byte_Read(WORD add) IAP_DATA = 0x00; IAP_CONTR = ENABLE_ISP; /打開IAP 功能, 設(shè)置Flash 操作等待時間 IAP_CMD = 0x01; /IAP/ISP/EEPROM 字節(jié)讀命令 my_unTemp16.un_temp16 = add; IAP_ADDRH = my_unTemp16.un_temp80; /設(shè)置目標(biāo)單元地址的高8 位地址 IAP_ADDRL = my_unTem

38、p16.un_temp81; /設(shè)置目標(biāo)單元地址的低8 位地址 IAP_TRIG = 0x5A; /先送 5Ah,再送A5h 到ISP/IAP 觸發(fā)寄存器,每次都需如此 IAP_TRIG = 0xA5; /送完A5h 后，ISP/IAP 命令立即被觸發(fā)起動 _nop_(); IAP_Disable(); /關(guān)閉IAP 功能, 清相關(guān)的特殊功能寄存器,使CPU 處于安全狀態(tài), return (IAP_DATA);1.2寫EEPROM代碼void Byte_Program(WORD add, BYTE ch) IAP_CONTR = ENABLE_ISP; /打開 IAP 功能, 設(shè)置Flash 操作等待時間 IAP_CMD = 0x02; /IAP/ISP/EEPROM 字節(jié)編程命令 my_unTemp16.un_temp16 = add; IAP_ADDRH = my_unTemp16.un_temp80; /設(shè)置目標(biāo)單元地址的高8 位地址 IAP_ADDRL = my_unTemp