基于单片机的数字存储示波器设计

王 娟，王仁波，魏 雄

（东华理工大学机械与电子工程学院，江西 南昌 330013）

1 原理与设计

1.1 系统的硬件设计

待测信号经限幅放大电路分两路进入单片机系统，一路送入施密特触发器整形得到单片机计数所需的矩形波信号，通过选择测量频率的方法进行频率测量；一路经模/数转换器进入单片机进行数据的采集与存储，然后通过数/模转换器将还原的模拟信号在示波器上显示出来。这样我们的整个硬件设计工作便有两大部分组成：频率测量、存储显示。

图1 系统硬件原理框图

（1）频率测量部分。正弦波或方波信号的频率是由每秒钟振荡的次数来表示的。为了检测一个持续的信号的频率，我们仅仅只需数它的振荡次数就可以了。假设我们所取样的信号在某个时间段内频率是不变的。我们采用应用比较普遍的单片机AT89C51来实现频率测量。频率测量分三步进行：①通过一个施密特触发器74LS132（整形芯片）把经放大后的信号转换成单片机所需的方波信号。②先通过测频法测出其大致频率最后决定用测周法或测频法。③然后将计的数送AT89C51，进行处理，送数码管显示得出频率。

（2）波形存储与显示部分。被测信号经过放大整形电路,进入ADC0809（模／数转换器）进行A/D转换，将转换后的数字量送入单片机。由单片机根据不同的要求对采集的数据进行存储和运算，将存储后的结果在通过DAC0832（数／模转换器）在示波器上复现出来，并可通过运算放大器部件对输出波形进行放大、缩小的变换。

1.2 系统的软件设计

本设计中人通过对键盘的控制，可以控制和干预整个数据采集及处理的全过程，因此，各键的功能及其软件实现就尤为重要，各键的功能及定义如下：

K1：启动频率测量并进行数字显示。

K2：启动A/D转换对数据进行采集并存储到6264里。

K3：启动D/A转换用示波器显示波形。

K4：输出波形的放大。

具体描述如下：

当接通电源后，系统进行自检，然后CPU进行对按键的查询，当按下K1键时，CPU查到K1键，通过延时去抖，既而跳转到K1键的处理程序对频率进行实时的测量并在数码管上显示。显示完毕CPU又进入对按键的查询。当按下K2键时，启动ADC0809进行转换，其中程序设定A/D0809对数据采集10次，并存储到6264里。存储完毕，CUP又跳回查询状态。当K3按下时，启动D/A0832，用示波器显示前段时间的频率波形。K4键为手动的对示波器显示的波形进行放大。

因此，本设计主要分为以下几个部分：

>频率的测量部分

>数据的采集及A/D转换部分

>数据的存储及读写部分

>数据的显示部分

>数据的D/A转换部分

图2 系统流程图

2 系统调试

（1）A/D、D/A转换程序的调试。我们在通道0口接入一个0～5V电源，对于不同的值，应该分别得到不同的数字量，看看数字量是否与预期的值相同，相同的话，说明A/D转换器能够正常工作，看是否能够正常工作，不能的话，就检查是不是A/D转换器被损坏，还是软件编程有问题，同样的道理，首先我们可以向D/A转换器发送一个数据，通过示波器观察，是否有误，确定D/A转换器的完好，再进行程序的调试。

（2）中断服务程序的调试。在中断程序中多采用全速运行的调试方法，有多个中断中断的话，应该一个一个调试，若中断不能正常返回的话，应该把下一步不用的中断关掉，把用到的中断打开且设初值，这点尤为重要，当单个中断都没有问题时，再进行统调。

（3）显示模块的调试。显示模块的调试，首先应该确认LED能够正常显示，若能正常显示的话，可以先在显示缓冲区中预先放入自己预置的值，若能正常显示的话，说明显示无误。

3 结论

在理论基础上设计了频率测量、波形存储以及输出再现系统，该系统能对频率进行现场的测量、数据显示，并能对一段时间内的采集数据进行存储并用示波器显示。