双通道数字存储示波器设计报告唐甜.doc

《双通道数字存储示波器设计报告唐甜.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双通道数字存储示波器设计报告唐甜.doc（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、集成电路应用技术课程设计报告 双通道数字存储示波器院 （系）： 自动化学院 专 业：自动化 姓 名： 唐甜 学 号： 08004143 2007年6 月8日一、题目要求：3二、系统总体技术方案：3三、功能指标设计分析及要求满足：31、功能：32、指标3四、硬件设计选择：4（1）微处理器选择4（2）A/D模块4(3)输入缓存：4（4）输入调理模块：5(5)数据存储模块5(6)液晶显示模块6(7) 按键操作模块7五、软件设计：7软件流程框图：8数据存储和数据输出模块子流程：9六、系统调试与测试方案101、软件调试102、硬件调试10一、 题目要求：设计一个双通道数字存储示波器 功能：显示信号波形

2、测量信号的幅值，频率 信号触发捕捉、存储 选择测量内容 具有灵敏度调节 指标：信号幅度范围0.001100V 测量精度1% 测量信号频率0.1 1MHz二、 系统总体技术方案：现在的数字存储示波器一般都是由微处理器、数字存储器、A/D、D/A转换器为核心的，输入信号经过A/D转换器把模拟波形转换为数字信息，存储在数字存储器里；显示时，再把信号从存储器中读出，经D/A转换器转换为模拟波形显示。一般波形可显示点阵液晶显示器上，也可以通过接口与计算机接口，做成虚拟仪器。 设计以单片机为处理中心，双通道通过两个输入调理模块进入高速A/D（A/D采样频率超过1MHz，以达到指标要求），波形用数字存储器来

3、存储，分别选通奇偶地址来存储双通道。显示时，经D/A转换器还原，在输入到点阵液晶显示器显示。其中所有选择操作都用一个外置键盘来产生。三、 功能指标设计分析及要求满足：1、功能：（1）显示信号波形：用点阵液晶显示器LM6023B实现。（2）测量信号的幅值，频率：是数字存储示波器的基本功能。（3）信号触发捕捉、存储：用专门的数字存储器存储波形。（4）选择测量内容：用微处理器通过读键盘按钮值来实现选择。（5）灵敏度调节：涉及到对大小不同信号的不同处理。对大信号进行衰减、对小信号进行放大。通过软件编程来实现，微处理器来控制在输入调理模块中的无源衰减网络、宽带放大/ 衰减器环节来达到灵敏度调节。2、 指

4、标： （1）测量精度1%：故每次测量误差要不超过100*0.01=1V可见要求还是不高的。若显示为8格（普通示波器标准），则要求显示幅度在-4到4V之间。（2）信号幅度范围0.001100V：考虑到设计选用的A/D芯片AD9283的输入电压为-11V，故需要用多档程控增益放大来实现输入的保证-11V内。考虑到测量精度的要求，把显示-4到4V能输入到AD9283，故程控增益放大倍数要为0.25的倍数，取0.25，拟采用3级放大，放大倍数分别为：0.25、2.5、25。（3）测量信号频率0.1 1MHz：由于系统最大频率要求为1MHz,根据Nyquist定律,采样频率应该在2MHz以上。A/D芯片

5、AD9283完全能满足，其最大采样频率能达到100MHz。四、 硬件设计选择：该硬件电路初步设想由微处理器、A/D、D/A转换器、输入调理、控制处理、数据存储、液晶显示和按键操作等模块组成。系统总体结构框图：通道信号调理AD9283CH2CH1按键操作模块液晶显示模块LM6023BA/D9283A/D9283数据存储模块AT29C256D/AD/A（1）微处理器选择：CPU选择可有很多种方案，如考虑到速度，功效等，可采用高速单片机，也可以考虑节约器件和制作的麻烦度可选的芯片，如高性能的数据采集与处理系统芯片，有内置A/D转换器的芯片。一开始我想选用ADC848 作为控制处理核心。因为它具有高速

6、度、高精度、大容量存储、低功耗等特点，主要是片内集成一个8 通道最大采样频率可达1.3kHz 的16 位ADC , 可以方便满足我们双通道输入的要求。但后来考虑到我们的要求1MHz的测量信号频率，而ADC848片内集成ADC最大采样频率才1.3kHz，这样我们的输入调理模块就会很复杂和难以制作，故ADC最好用高速模数转换器。 最后采用DS80C320 高速单片机,它的单指令周期只需四个机器振荡周期完成;在相同的时钟频率下它的运行速度是51 系列单片机的3 倍,并且时钟频率可达40M。最重要的是它有2 个数据指针DPTR0 和DPTR1。两个数据指针的设置使得单片机对RAM 的读写更加方便、快捷

7、,进一步提高了单片机存取数据的速度，方便于我们双通道的应用。（2）A/D模块：由前面的分析知，我们要选用一片高速模数转换器(Analog - to - Digital Converter , ADC), 它要完成模拟信号到数字信号的转换,精度、速度指标决定了仪器的主要指标, 因此选择、设计合适的高速ADC 系统成为仪器设计的重中之重。最后选用的是AD9283 ，AD9283是一个8 位的单片集成采样模数转换器, 内置低成本、低功耗、易于使用的采保电路。它可以工作在100 MSps 的转换率, 在整个工作范围内都有很好的动态性能。它的模拟带宽为475 MHz , 功耗为90 mW , 参考源为内

8、部+1.25 V 基准电压或外接标准源, 由+ 3.0 V 单电源供电。利用多个ADC , 采用前端并行逐次采样, 后端串行多路复用, 从而大大提高了整个系统的速度。用两片AD9283来实现双通道的要求。(3)输入缓存：由于采用200MSps 转换速率的ADC , 采样时钟的相位相对于DSP 读时钟是不断变化的, 所以从ADC 高速输出的数据需要进行缓存。而FIFO 可以消除存取频率、相位之间的不匹配因素, 保证数据传输的可靠性。ADC的采样数据以并行方式流入FIFO 入口。数据采集原理：前端信号调理前端信号调理A/D9283A/D9283AD9283FIFO1FIFO2调零校准（4）输入调理

9、模块：输入调理模块是硬件模块中最重要的部分。采用程控宽带信号调理模块。程控宽带信号调理模块由高阻输入无源衰减网络、宽带放大/ 衰减器、抗混叠滤波器组成, 并且在本模块中要插入耦合方式、带宽限制、移位等可实现程控调理电路 程控宽带信号调理模块原理图/10衰减或直通X25/X2.5/ X0.25可变增益放大/衰减驱动级增益电压偏置电压/10衰减或直通X25/X2.5/ X0.25为了满足系统对信号调理要求, 宽带放大/ 衰减分为三级,分别是前置放大级、可变增益放大/ 衰减级和驱动放大级。由前置放大级的放大倍率固定, 可变增益放大/ 衰减级的控制通过串行数模转换器由微处理器控制, 输出驱动级加入直流

10、馈入, 调整直流偏置电压。 (5)数据存储模块系统采用大容量、非易失性存储器A T29C256作为主要数据存储模块, 占用低32 KB 地址单元。A T29C256 是一种只需单+ 5V 电源的闪速在线可编程、可擦除只读存储器EPROM , 256 K 的存储器被组态为32768 个8 位字, 由于采用了先进的非易失CMOS 工艺制造技术, 该器件存取时间短、功耗低。从器件中读取数据操作和静态RAM 一样, 但A T29C256 的重编程和静态RAM 则不一样, 它是按页进行的, 1 次装入64B 数据, 并同时被编程。整个器件的内容可用1 个6B 软件代码擦除, 当1 个重编程周期开始时,

11、地址单元和64B数据在内部锁存, 这时释放地址和数据总线作其他工作。编程周期开始后, 器件将自动进行页擦除,随后用户内部控制计时器编程锁存数据。编程周期的结束可由I/ 07 的数据轮询检测出, 一旦检测出1个编程周期的结束,便可开始新一轮读取、编程或芯片擦除操作。AT29C256与AD9283的接口电路如下(6)液晶显示模块液晶模块选用LM6023B 液晶模块是一款128 64点阵的小型液晶显示系统, 由行驱动器S1D16700 、列驱动器S1D15300 、点阵面板和背灯电路组成。接收8 位并行数据的同时可将数据显示, 并存储在片内的数据存储器中(DDRAM) 。DDRAM 中的数据显示单元

12、与液晶屏的点阵单元存在一一对应关系, 并且LM6023B 液晶模块数据的读写操作不受外部时钟的控制, 因而LM6023B 的显示具有很高的灵活性。LM6023B 液晶模块带有液晶必需的电源驱动电路, 这样可用最少的元件和最小的功耗实现模块的功能。液晶显示模块LM6023B 的功能是显示相关菜单和数据波形。菜单主要是由汉字和符号组成, 可以通过字模提取软件产生与之对应的16 进制的数据送液晶显示。数据波形是一系列的曲线, 在液晶上要显示这些曲线需要将相应的点阵显示。对于一条数据曲线, 起始显示数据点在起始列仅显示一点, 从第二个数据点开始, 要在下一列显示上一数据点到此次数据点之间的线段。LM6

13、023B与AD9283的接口电路如下 (7) 按键操作模块用独立式按键,直接由I/ O 口线P1.2 、P1.3 、P1.4 和P3.2 构成单个按键电路。每个按键单独占有一根I/ O 口线,且其工作状态不会影响其他I/ O 口线的工作状态。在使用过程中, 每个按键和液晶菜单相联系, 要在单一按键上实现不同的功能, 简单的独立式按键电路不能满足设计的需要, 因此必须使用软按键轮询技术。软按键轮询技术是用于将菜单和按键组合在一起的用户界面新技术, 该技术使得用户可以在单一功能键上进行多种选择。五、 软件设计：软件主要由以下几个功能模块组成: 初始化、菜单显示和定时器/ 计数器0 中断服务程序。软

14、件的设计采用顺序设计的方法。初始化程序主要包括控制处理模块DS80C320 、A/D、D/A模块、液晶显示模块LM6023B 和数据存储模块AT29C256 的初始化。菜单显示程序主要是依据按键值, 显示各种功能菜单。定时器/ 计数器0 中断服务程序主要是依据按键值, 进入相应的数据波形显示, 包括选择测量内容、信号触发捕捉、存储、灵敏度调节等内容。软件流程框图：开始初始化查键盘、读入各项参数是否允许采集选择存储或处理采集是否结束回读数据数据处理D/A转换显示模块NNNYYY选择测量内容循环结束数据存储和数据输出模块子流程：选择测量通道选择存储地址奇地址偶地址存储完CH1CH2N奇地址偶地址选

15、择测量通道CH1CH1双踪存储完NN说明：两路信号的数据分别存储在RAM的奇、偶地址，双踪显示时，先扫描奇地址的数据，然后再扫描偶地址的数据。六、 系统调试与测试方案分为软件调试和硬件调试。1、软件调试通过编译器，分几步满足：（1）、初始化：通过编译器单步运行程序，读各个状态（指令或寄存器）的实际值，观察初始化的成功与否，包括单片机、A/D、D/A和LCD的初试化。（2）、A/D输入在存储器里的状态：主要是观察是否有从A/D输入数据，并且存放在了存储器中。（3）、键盘控制按钮的调试：通过编译器单步运行程序，观察不同按钮对应的操作是否和预定的操作一致。（4）、读取存储器中的数据，送往D/A到LCD显示。观察结果。2、硬件调试：主要是指标的满足： （1）、用示波器观察经输入调理模块后送到A/D的波形，观察是否满足1到1V的输入范围。 （2）、观察输入到A/D的波形的失真度情况，这直接影响到灵敏度和测量精度。（3）、观察D/A输出波形，中间的过程用软件检查。（4）、观察LCD显示显示结果。10