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1、 本科毕业设计论文本科毕业设计论文题 目 简易数字示波器设计 系 别 电气与信息工程系 专 业 电子信息工程 班 级 电信 902 班 学号 xxxxx 学生姓名 xxx 指导老师 xxx 2013 年 6 月2摘要I摘摘 要要示波器是电子测量中一种最常用的仪器，被广泛应用于各个领域。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，示波器也从模拟示波器向数字示波器发展。同模拟示波器相比，数字示波器具有很多优点，并开始逐步取代模拟示波器，成为市场上的主流。本文主要完成了简易数字示波器的设计，包括硬件设计（通过 Proteus 仿真替代）和软件设计两大部分。 硬件设计上，信号波形采集采用的是12位逐次逼近型
2、 A/D 转换器 AD574A，转换时间为25us，转换精度小于等于0.05%。控制器选用 AT89C52及 AT89C51两个单片机，解决了一般示波器使用一片单片机，运行速度明显不足的问题。波形显示部分采用液晶显示模块，具有简单易实现、显示效果好等优点。频率显示部分采用的是6位数码管显示，简单易行。Proteus 仿真表明，该设计运算速度明显提高。频率显示准确，可以实现快速读取。该示波器可以实现对模拟带宽为1Hz20KHz 的模拟信号的波形和频率的实时显示。关键词关键词：单片机；实时采样；波形；频率xx 交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）IIABSTRACTIIIABSTRACTABST
3、RACTAn oscilloscope is electronic measurement instrument, the most commonly used widely applied in various fields. With microelectronics and computer technology rapid development from analogue oscilloscope, oscilloscope to digital oscilloscopes development. Compared with analogue oscilloscope,digita
4、l oscilloscopes start has many advantages, and gradually replacing analogue oscilloscope, become the mainstream in the market.This paper has completed the design of simple digital oscilloscopes, including hardware design and software design. The hardware design, the signal waveform sampling by 12 su
5、ccessive approximation of the A/D converter AD574A conversion time, for time is less than or equal to 25us conversion, precision 0.05%. Controller chooses AT89C52 and single-chip microcomputer, solve the two AT89C51 single-chip microcomputer, a commonly used oscilloscope shortage problem running spe
6、ed. Waveform display part adopts LCD module is simple and easy to realize and shows good effect, etc. Frequency display part adopts is six digital display, simple tube.Proteus simulation shows that the design speed increased significantly. Frequency display correctly, can achieve rapid read. The osc
7、illoscope can realize to simulate 1Hz 20 KHz bandwidth real-time display of the waveform and frequency of the analog signalKey Words:SCM ; Real-time sampling; Waveform;Frequencyxx 交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）IV目录V目目 录录 1 前 言1 1.1 选题的背景意义和研究现状.1 1.1.1 选题的背景和意义 .1 1.1.2 国内外研究现状 .1 1.2 本设计所要实现的目标 2 1.3 设计内容 2 2
8、 系统设计5 3 数字示波器的硬件设计与实现7 3.1 频率测量及显示电路的硬件设计 7 3.1.1 测频电路总体构成.7 3.1.2 信号调理电路设计 7 3.1.3 数码管显示模块.9 3.1.4 数码管显示驱动模块10 3.2 幅度测量及显示模块的硬件设计 .10 3.2.1 显示电路总体结构17 3.2.2 单片机外围电路设计18 3.2.3 信号波形采集模块 .19 3.2.4 显示模块21 3.2.5 电源设计23 4 系统软件设计.25 4.1 测频系统软件设计 .25 4.2 信号采集系统软件图 .27 4.3 波形显示系统软件设计 .28 5 调试及仿真.31 6 结 论33
9、 致 谢.35 参考文献.37 附录一：系统总体接线图.39 附录二：频率测量子系统流程图.40 附录三：信号显示子系统流程图.41 附录四：频率测量系统程序清单.42 附录五：波形显示系统程序清单.44xx 交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）VI前言11 前前 言言1.1 选题的背景意义和研究现状1.1.1 选题的背景和意义1909 年的诺贝尔物理奖得主 Karl Ferdinand Braun 于 1897 年发明世界上第一台阴极射线管示波器，至今许多德国人仍称 CRT 为布朗管(Braun Tube)。 根据 IEEE 的文献记载 1972 年英国的 Nicolet 公司发明了第一台
10、的数字示波器(DSO)，到 1996 年惠普科技(安捷伦科技前身)发明了全球第一台混合信号示波器(MSO)，数字示波器自上个世纪七十年代诞生以来，其应用越来越广泛，已成为测试工程师必备的工具之一。时间到了 21 世纪这是一个科学和技术都在飞速发展的时代，随着电子技术、计算机技术、通信技术和自动化技术的高速发展,电子测量仪器也有了巨大的发展。数字示波器就以其存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良的性能从而逐步取代模拟示波器。用数字示波器能完成对信号的一次性采集，把波形存储起来，还可以通过移位操作观察波形的任何一部分等等。数字示波器是随着数字集成电路技术的发展而出现的新型智能化示波器，己经成为电
11、子测量领域的基础测试仪器。随着新技术、新器件的发展，它正在向宽带化、模块化、多功能和网络化的方向发展。数字示波器的优势是可以实现高带宽及强大的分析功能。现在高端数字示波器的实时带宽已达到20GHz，可以广泛应用于各种千兆以太网、光通讯等测试领域。而低端数字示波器几乎可以应用于国民经济各个领域的通用测试，同时可广泛应用于高校及职业学校的教学，为社会培养众多的后备人才。数字示波器的技术基础是数据采集，其设计技术可以应用于更广泛的数据采集产品中，具有深远的意义。为了巩固大学4年来所学的知识，将课本上的理论知识运用到实际中，而且能掌握和了解本专业的仪器测量这块的先进发展趋势，我选择了简易数字示波器这个
12、题目作为我的大学毕业设计题目。1.1.2 国内外研究现状自从 1972 年世界上第一台数字示波器（DSO）问世以来，经历了三个发展阶段。1986 年以前为 DSO 发展的初期阶段，当时的取样率较低，一般不超过50MSa/s，带宽在 20MHz 以下，结构形式以数字存储加传统模拟示波器二合一的组合式为主，功能少，性能低。主要代表性产品有美国哥德(Gould)公司生产xx 交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）2的 4035，HP 公司生产的 HP54200。1986 年-1994 年，伴随高速 ADC 和高速RAM 的迅速发展，DSO 的发展也进入了快车道，取样率达到了 4GSa/s，记录长度超
13、过 32K。每年各示波器生产厂商都推出新的型号，技术上开始走向成熟。1989 年，HP 公司率先停止了模拟示波器的生产，专心培育数字示波器市场。到1993 年，DSO 的销售额就超过了传统模拟示波器，使持续将近半个世纪的模拟示波器市场发生动摇。1995 年以后，DSO 在技术上己经成熟，带宽在 100MHz以上，DSO 已经完全取代了模拟示波器。2004 年 10 月，AGILENT 公司推出了具震撼性的 DS081304A 数字示波器，带宽 3GHz，上升时间 23ps，最高采样率40GHz。这时，除了继续提高取样率(最高达 40GSa/s)、带宽(达 20GHz)和增加记录长度(达 16M
14、B)外，DSO 制造商开始向 100MHz 以下带宽的通用 DSO 方向发展，并且性价比迅速提高。1996 年 AGILENT 公司面向通用 DSO 市场推出了 100MHz 带宽的数字示波器 54645A 及首款混合信号示波器54645D。AGILENT 公司在后续推出的 54620/40A/D 系列混合信号示波器中提供了强大的串行触发能力，包括 SPI、USB、IZE、LIN、和 EAN 等。通用 DSO的单台价格己接近同档次的模拟示波器水平。目前，100MHz 以下的 DSO，将与模拟示波器同时并存发展。虽然模拟示波器本身也在不断的数字化，增加数字显示和光标测量的功能。但是，模拟示波器无
15、法具备 DSO 所特有的预触发、存储和数据处理等测量功能。可以预计，通用 DSO 全面取代模拟示波器的日子不会很远了。目前，100MHz 数字示波器的代表性产品，国外的主要有 Agilent 公司的5000 系列，Tektronix 公司的 TDSl000、TDS2000 系列。国内 DSO 的研制工作起步较晚，第一台 DSO 于 1993 年在电子部 41 研究所研制成功，但是起步水平较高，最先推出的是取样率为 40MSa/s，带宽分别为 750MHz 和 800MHz 的两个型号产品。到 96 年就把带宽提高到了 1GHz。98 年把取样率提高到 1GSa/s。研制中的 100MHz 带宽
16、的深存储型 DSO 已经取得了阶段性成果。目前主要的生产厂家是美国安捷伦公司、泰克公司、力科公司、台湾的固纬公司、国内的中国电子科技集团第 41 研究所和北京普源精电公司等。1.2 本设计所要实现的目标本文设计的目的主要是利用 A/D 转换模块、控制器（本文中采用单片机） 、液晶显示模块等配合外围电路实现对输入量的波形和频率显示。用户只需要把待测信号输入转换器，不用其他的操作，示波器自动在显示器上显示波形和频率1.3 设计内容在本设计中，硬件设计分为两个部分波形显示电路和频率显示电路，前言3波形显示电路中，首先使用 A/D 转换器，对输入的模拟信号数字化，以使单片机能够识别，同时，还要使用单片机控制 A/D 转换器。对于 A/D 转换器采样的数据，经过转换之后单片机可以直接读取，对于读取的数据，通过单片机输出，经过显示器，直接显示波
