雙通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器設(shè)計(jì)方案報(bào)告說明書唐甜

PAGEPAGE2集成電路應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告雙通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器院(系）：自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化姓名:唐甜學(xué)號(hào)：08００４1432００7年6月8日TOＣ\ｏ”1－３”\h\z＼ｕＨYＰERLINＫ\l＂_Ｔoc1691769２3”一、 題目要求:?PAGＥREF_Ｔoc1６９176923＼ｈ3HYPERＬIＮK\l”_Toc1691７６92４"二、?系統(tǒng)總體技術(shù)方案：?PAGＥREF_Tｏc16９176924＼h3HYPERＬINＫ1、功能:?PAＧEＲEＦ_Tｏc16９17６９26\ｈ３HYPERＬＩNK＼l"_Tｏc1６9１７69２7”2、?指標(biāo)?PAGEREF_Ｔｏｃ１691769２７\ｈ3HYPEＲLINK\l＂_Tｏｃ16９1769２8”四、?硬件設(shè)計(jì)選擇:?PＡGEＲEF＿Tｏc1６９1７６92８＼h４ＨYＰＥRLＩＮK＼ｌ＂＿Toc1691769２9＂（1）微處理器選擇?ＰＡGEＲEF_Ｔｏｃ１69１７6929\h４ＨＹPERＬINK\ｌ＂＿Ｔoｃ1６９1７69３0”（２)A/D模塊 ＰＡGＥＲEＦ_Toc1691７6９3０\h4HYPEＲLＩＮK\l”_Toc16９１７６931”(３）輸入緩存： PＡGＥREＦ_Ｔoc16917６９31\h４HYＰERLＩＮK＼l＂_Ｔoc１69１76932＂（4）輸入調(diào)理模塊： PAGEＲＥＦ＿Ｔoc16９1769３2\h5ＨYPEＲLINK＼l"_Toc１6９1７6９33＂(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊?６93３\h5HＹPERＬINK＼ｌ"_Ｔoc16９17６934”（6）液晶顯示模塊?ＰAGＥREF＿Tｏc16917６9３4\h６ＨYPEＲＬIＮK＼l”_Ｔoｃ１６91７69３５"（７）按鍵操作模塊?PＡＧERＥF＿Toｃ１６91７6935\h７HYPEＲLＩNK＼ｌ”＿Toc16９17６９３６”五、?軟件設(shè)計(jì)：?PＡGＥRＥF_Ｔｏc169176936＼ｈ7HYＰERLIＮＫ1、軟件調(diào)試 PAGＥREＦ_Toc1６9１7６940\ｈ10HYＰERLＩNK＼l＂_Toｃ１6９17694１"２、硬件調(diào)試?PＡGEREＦ＿Toｃ１691７６9４1\ｈ1０題目要求：設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道數(shù)字存儲(chǔ)示波器功能：?顯示信號(hào)波形?? 測(cè)量信號(hào)的幅值,頻率?? 信號(hào)觸發(fā)捕捉、存儲(chǔ)???選擇測(cè)量?jī)?nèi)容 ?具有靈敏度調(diào)節(jié)指標(biāo):?信號(hào)幅度范圍0．001~100V???測(cè)量精度1％? ?測(cè)量信號(hào)頻率0．1～1ＭＨz系統(tǒng)總體技術(shù)方案:現(xiàn)在的數(shù)字存儲(chǔ)示波器一般都是由微處理器、數(shù)字存儲(chǔ)器、Ａ/D、D/A轉(zhuǎn)換器為核心的，輸入信號(hào)經(jīng)過Ａ／D轉(zhuǎn)換器把模擬波形轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息,存儲(chǔ)在數(shù)字存儲(chǔ)器里；顯示時(shí)，再把信號(hào)從存儲(chǔ)器中讀出,經(jīng)D/Ａ轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬波形顯示。一般波形可顯示點(diǎn)陣液晶顯示器上，也可以通過接口與計(jì)算機(jī)接口，做成虛擬儀器。設(shè)計(jì)以單片機(jī)為處理中心，雙通道通過兩個(gè)輸入調(diào)理模塊進(jìn)入高速Ａ/D（A/D采樣頻率超過１MHz，以達(dá)到指標(biāo)要求),波形用數(shù)字存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)，分別選通奇偶地址來存儲(chǔ)雙通道。顯示時(shí)，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器還原，在輸入到點(diǎn)陣液晶顯示器顯示。其中所有選擇操作都用一個(gè)外置鍵盤來產(chǎn)生.功能指標(biāo)設(shè)計(jì)分析及要求滿足：１、功能:（１)顯示信號(hào)波形:用點(diǎn)陣液晶顯示器LM６０２３B實(shí)現(xiàn)。（2）測(cè)量信號(hào)的幅值,頻率：是數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本功能.(3）信號(hào)觸發(fā)捕捉、存儲(chǔ)：用專門的數(shù)字存儲(chǔ)器存儲(chǔ)波形。（４）選擇測(cè)量?jī)?nèi)容：用微處理器通過讀鍵盤按鈕值來實(shí)現(xiàn)選擇.（５）靈敏度調(diào)節(jié):涉及到對(duì)大小不同信號(hào)的不同處理.對(duì)大信號(hào)進(jìn)行衰減、對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大。通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)，微處理器來控制在輸入調(diào)理模塊中的無源衰減網(wǎng)絡(luò)、寬帶放大/衰減器環(huán)節(jié)來達(dá)到靈敏度調(diào)節(jié)。指標(biāo):（１）測(cè)量精度1％：故每次測(cè)量誤差要不超過100＊0。０1=1V可見要求還是不高的.若顯示為８格（普通示波器標(biāo)準(zhǔn)）,則要求顯示幅度在--4到4V之間。(２)信號(hào)幅度范圍0.０01~10０V:考慮到設(shè)計(jì)選用的Ａ／Ｄ芯片ＡＤ9２8３的輸入電壓為—１~1?V,故需要用多檔程控增益放大來實(shí)現(xiàn)輸入的保證—１～1?Ｖ內(nèi)。考慮到測(cè)量精度的要求,把顯示－—4到４Ｖ能輸入到AD9２83,故程控增益放大倍數(shù)要為０。２５的倍數(shù),取０.２５,擬采用3級(jí)放大,放大倍數(shù)分別為：0．２5、２.5、２5。(３)測(cè)量信號(hào)頻率０.1~1MHｚ:由于系統(tǒng)最大頻率要求為1ＭＨｚ，根據(jù)Nyquｉsｔ定律，采樣頻率應(yīng)該在2MHｚ以上。A/D芯片ＡＤ９28３完全能滿足,其最大采樣頻率能達(dá)到１00ＭＨz。硬件設(shè)計(jì)選擇：該硬件電路初步設(shè)想由微處理器、Ａ/Ｄ、D/A轉(zhuǎn)換器、輸入調(diào)理、控制處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、液晶顯示和按鍵操作等模塊組成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖：通道信號(hào)調(diào)理通道信號(hào)調(diào)理AD9283CH2CH1按鍵操作模塊液晶顯示模塊LM6023BA/D9283A/D9283數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊AT29C256D/AD/A(1）微處理器選擇:CPＵ選擇可有很多種方案,如考慮到速度,功效等,可采用高速單片機(jī)，也可以考慮節(jié)約器件和制作的麻煩度可選的芯片,如高性能的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)芯片，有內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器的芯片。一開始我想選用ADμC8４８作為控制處理核心。因?yàn)樗哂懈咚俣?、高精度、大容量存?chǔ)、低功耗等特點(diǎn),主要是片內(nèi)集成一個(gè)８通道最大采樣頻率可達(dá)１.３kＨz的1６位ΣΔADC,可以方便滿足我們雙通道輸入的要求.但后來考慮到我們的要求１ＭHz的測(cè)量信號(hào)頻率，而ＡDμC848片內(nèi)集成ADC最大采樣頻率才１.3kＨz，這樣我們的輸入調(diào)理模塊就會(huì)很復(fù)雜和難以制作，故ＡDC最好用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器.最后采用DＳ8０C３２0高速單片機(jī),它的單指令周期只需四個(gè)機(jī)器振蕩周期完成；在相同的時(shí)鐘頻率下它的運(yùn)行速度是51系列單片機(jī)的3倍,并且時(shí)鐘頻率可達(dá)4０M。最重要的是它有2個(gè)數(shù)據(jù)指針DＰTR0和DＰTR1。兩個(gè)數(shù)據(jù)指針的設(shè)置使得單片機(jī)對(duì)RＡM的讀寫更加方便、快捷，進(jìn)一步提高了單片機(jī)存取數(shù)據(jù)的速度,方便于我們雙通道的應(yīng)用。(２）A／D模塊：由前面的分析知,我們要選用一片高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Ａnaｌog－ｔo-DigｉtalCoｎｖerter，ADＣ)，它要完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,精度、速度指標(biāo)決定了儀器的主要指標(biāo)，因此選擇、設(shè)計(jì)合適的高速ADC系統(tǒng)成為儀器設(shè)計(jì)的重中之重。最后選用的是AD９283,AD9283是一個(gè)8位的單片集成采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置低成本、低功耗、易于使用的采保電路。它可以工作在1０0MSps的轉(zhuǎn)換率，在整個(gè)工作范圍內(nèi)都有很好的動(dòng)態(tài)性能.它的模擬帶寬為475MHz，功耗為９0mW,參考源為內(nèi)部+1。２５V基準(zhǔn)電壓或外接標(biāo)準(zhǔn)源，由+3。0V單電源供電。利用多個(gè)AＤC，采用前端并行逐次采樣,后端串行多路復(fù)用，從而大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的速度。用兩片ＡＤ9２83來實(shí)現(xiàn)雙通道的要求。（3)輸入緩存：由于采用2０0MＳｐｓ轉(zhuǎn)換速率的AＤC,采樣時(shí)鐘的相位相對(duì)于DＳＰ讀時(shí)鐘是不斷變化的,所以從ＡDＣ高速輸出的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行緩存.而ＦIFO可以消除存取頻率、相位之間的不匹配因素,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。ADC的采樣數(shù)據(jù)以并行方式流入FIFO入口.數(shù)據(jù)采集原理:前端信號(hào)調(diào)理前端信號(hào)調(diào)理前端信號(hào)調(diào)理A/D9283A/D9283AD9283FIFO1FIFO2調(diào)零校準(zhǔn)（4）輸入調(diào)理模塊：輸入調(diào)理模塊是硬件模塊中最重要的部分。采用程控寬帶信號(hào)調(diào)理模塊。程控寬帶信號(hào)調(diào)理模塊由高阻輸入無源衰減網(wǎng)絡(luò)、寬帶放大/衰減器、抗混疊濾波器組成，并且在本模塊中要插入耦合方式、帶寬限制、移位等可實(shí)現(xiàn)程控調(diào)理電路程控寬帶信號(hào)調(diào)理模塊原理圖/10衰減或直通/10衰減或直通X25/X2.5/X0.25可變?cè)鲆娣糯?衰減驅(qū)動(dòng)級(jí)增益電壓偏置電壓/10衰減或直通X25/X2.5/X0.25為了滿足系統(tǒng)對(duì)信號(hào)調(diào)理要求,寬帶放大/衰減分為三級(jí),分別是前置放大級(jí)、可變?cè)鲆娣糯?衰減級(jí)和驅(qū)動(dòng)放大級(jí).由前置放大級(jí)的放大倍率固定,可變?cè)鲆娣糯?衰減級(jí)的控制通過串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器由微處理器控制，輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)加入直流饋入,調(diào)整直流偏置電壓。(５）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊系統(tǒng)采用大容量、非易失性存儲(chǔ)器AＴ2９Ｃ2５6作為主要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，占用低32KB地址單元.AT２9C256是一種只需單+5V電源的閃速在線可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器EＰＲＯM，256K的存儲(chǔ)器被組態(tài)為327６8個(gè)8位字，由于采用了先進(jìn)的非易失ＣMＯS工藝制造技術(shù),該器件存取時(shí)間短、功耗低。從器件中讀取數(shù)據(jù)操作和靜態(tài)ＲＡM一樣，但ＡT29C25６的重編程和靜態(tài)RＡM則不一樣，它是按頁(yè)進(jìn)行的，１次裝入64Ｂ數(shù)據(jù),并同時(shí)被編程。整個(gè)器件的內(nèi)容可用１個(gè)6Ｂ軟件代碼擦除,當(dāng)1個(gè)重編程周期開始時(shí)，地址單元和６4B數(shù)據(jù)在內(nèi)部鎖存，這時(shí)釋放地址和數(shù)據(jù)總線作其他工作。編程周期開始后,器件將自動(dòng)進(jìn)行頁(yè)擦除，隨后用戶內(nèi)部控制計(jì)時(shí)器編程鎖存數(shù)據(jù).編程周期的結(jié)束可由I/０7的數(shù)據(jù)輪詢檢測(cè)出，一旦檢測(cè)出1個(gè)編程周期的結(jié)束，便可開始新一輪讀取、編程或芯片擦除操作.AT２９Ｃ２56與ＡD９2８3的接口電路如下（6）液晶顯示模塊液晶模塊選用LM6023B液晶模塊是一款128×6４點(diǎn)陣的小型液晶顯示系統(tǒng)，由行驅(qū)動(dòng)器Ｓ1D1６70０、列驅(qū)動(dòng)器S1D1５３00、點(diǎn)陣面板和背燈電路組成。接收8位并行數(shù)據(jù)的同時(shí)可將數(shù)據(jù)顯示,并存儲(chǔ)在片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中(DＤRＡＭ）.ＤＤＲAM中的數(shù)據(jù)顯示單元與液晶屏的點(diǎn)陣單元存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且LＭ６0２3Ｂ液晶模塊數(shù)據(jù)的讀寫操作不受外部時(shí)鐘的控制，因而LＭ6023Ｂ的顯示具有很高的靈活性。ＬM６０23Ｂ液晶模塊帶有液晶必需的電源驅(qū)動(dòng)電路，這樣可用最少的元件和最小的功耗實(shí)現(xiàn)模塊的功能。液晶顯示模塊ＬM6023B的功能是顯示相關(guān)菜單和數(shù)據(jù)波形。菜單主要是由漢字和符號(hào)組成，可以通過字模提取軟件產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的１6進(jìn)制的數(shù)據(jù)送液晶顯示。數(shù)據(jù)波形是一系列的曲線,在液晶上要顯示這些曲線需要將相應(yīng)的點(diǎn)陣顯示。對(duì)于一條數(shù)據(jù)曲線，起始顯示數(shù)據(jù)點(diǎn)在起始列僅顯示一點(diǎn)，從第二個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)開始,要在下一列顯示上一數(shù)據(jù)點(diǎn)到此次數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的線段。LM６０23Ｂ與AＤ９283的接口電路如下(7)按鍵操作模塊用獨(dú)立式按鍵,直接由I／O口線P1．２、P１。３、P1．４和P３。2構(gòu)成單個(gè)按鍵電路。每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根Ｉ/O口線,且其工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線的工作狀態(tài).在使用過程中，每個(gè)按鍵和液晶菜單相聯(lián)系，要在單一按鍵上實(shí)現(xiàn)不同的功能,簡(jiǎn)單的獨(dú)立式按鍵電路不能滿足設(shè)計(jì)的需要，因此必須使用軟按鍵輪詢技術(shù)。軟按鍵輪詢技術(shù)是用于將菜單和按鍵組合在一起的用戶界面新技術(shù)，該技術(shù)使得用戶可以在單一功能鍵上進(jìn)行多種選擇。軟件設(shè)計(jì):軟件主要由以下幾個(gè)功能模塊組成：初始化、菜單顯示和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷服務(wù)程序。軟件的設(shè)計(jì)采用順序設(shè)計(jì)的方法?！こ跏蓟绦蛑饕刂铺幚砟KＤS8０C３20、Ａ/D、D／Ａ模塊、液晶顯示模塊LM6023Ｂ和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊AＴ29Ｃ25６的初始化.·菜單顯示程序主要是依據(jù)按鍵值，顯示各種功能菜單?！ざ〞r(shí)器/計(jì)數(shù)器0中斷服務(wù)程序主要是依據(jù)按鍵值,進(jìn)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)波形顯示，包括選擇測(cè)量?jī)?nèi)容、信號(hào)觸發(fā)捕捉、存儲(chǔ)、靈敏度調(diào)節(jié)等內(nèi)容。軟件流程框圖：開始開始初始化查鍵盤、讀入各項(xiàng)參數(shù)是否允許采集選擇存儲(chǔ)或處理采集是否結(jié)束回讀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理D/A轉(zhuǎn)換顯示模塊NNNYYY選擇測(cè)量?jī)?nèi)容循環(huán)結(jié)束數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)輸出模塊子流程:選擇測(cè)量通道選擇存儲(chǔ)地址奇地址選擇測(cè)量通道選擇存儲(chǔ)地址奇地址偶地址存儲(chǔ)完CH1CH2N奇地址奇地址偶地址選擇測(cè)量通道CH1CH1雙蹤存儲(chǔ)完NN說明:兩路信號(hào)的數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在ＲAM的奇、偶地址,雙蹤顯示時(shí),先掃描奇地址的數(shù)據(jù)，然后再掃描偶地址的數(shù)據(jù).系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試方案分為軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。１、軟件調(diào)試通過編譯器,分幾步滿足：（1)、初始化:通過編譯器單步運(yùn)行程序,讀各個(gè)狀態(tài)（指令或寄存器)的實(shí)際值，觀察初始化的成功與否,包括單片機(jī)、A