数字式小示波器的设计【开题报告】

开题报告

电子信息工程

数字式小示波器的设计

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

在现代电子测量中，示波器作为最常用的仪器之一，被我们广泛的应用于各个领域。众所周知，示波器可以用来观察、测量和记录各种瞬时电压电流，同时还可以通过波形的方式来显示电压电流与时间的关系。从波形中，我们可以知道所测信号的很多特征，包括信号的时间与相应的电压电流值、信号的周期与频率、信号的直流部份和交流部份、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的噪声值及噪声随时间变化的情况、多个波形信号的比较等等。通过示波器的直观显示，我们能更加深入的理解被测对象。通常，示波器产生的是一个二维波形，它的Y轴方向上显示的是输入端接收的电压或电流信号，而X轴方向显示的则是它的时间参数。传统的模拟示波器，显示器件采用的是CRT（一种使用阴极射线管的显示器）。工作时，电子管发射的电子束经过加速、聚集后打在荧屏上面，从而发出荧屏光。由于现代计算机技术与微电子技术的不断发展，示波器已开始了从模拟向数字的过渡。同模拟示波器相比，数字示波器具有更多的优点，所以它开始逐步取代模拟示波器的地位，并成为市场上的主流产品。

通常，模拟示波器在非周期性单次瞬变信号的观测方面是比较难以实现的，但数字技术恰恰能够很好地解决这一问题。通过这一技术，我们就能将各种信号无失真地显示并存储。我们都知道，数字示波器是随着模—数转换器（即ADC）发展起来的，并且目前已逐步趋于实用化。由进一步的了解可知，数字示波器主要是利用A/D转换技术和数字存储技术来工作的。它将模拟信号经过A/D实时采样以产生数字信号并在存储器中长期保存。当该数字示波器进行工作时，它先对从探针中输入的模拟信号进行A/D转换，从而得到与输入瞬时值对应的一系列数值，并将这些数值进行存储。而存储后的数值经过处理器复杂的处理运算后，将被用于液晶显示器信源波形的绘制及信源波形各种参数的计算与分析。这就是数字示波器的基本工作原理。

由参考文献可知，我们所要设计的这个系统主要由单片机和液晶显示器两大部份组成[1，2，3]。其中，单片机是为满足工业控制而设计出来的，因此它的实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O直接进行操作，位操作能力更是其它计算机不能比的。而且，由于CPU、I/O接口及存储器集成在一块芯片上，各部件之间连接紧凑，因此数据在传输时受到的干扰比较小，且不易受到环境条件的影响，可靠性极高。同时，单片机还具有体积小、价格低等优点，它非同寻常的嵌入式应用特点对于

满足嵌入式应用需求也具有很好的优势。目前，单片机应用技术已经成为电子应用系统设计中最常用的技术手段之一。因此，学习和掌握单片机应用技术是很有现实意义的。而液晶显示器则是示波器用来显示信号波形的一种新型显示器件。它通过液晶分子在电场中会改变排列方向的特点，来达到显示信源波形的目的。与传统的CRT相比，液晶显示器拥有更多优越的性能，比如低压、微功耗、不怕光、体薄、结构紧凑、可以实现彩色化、可制成存储型等。在设计中，我们可以通过单片机来对它进行控制，使它不仅可以显示出信源输入的相应波形和参数，而且还具有调节对比度等基本功能。

在当今电子仪器快速更新换代的年代里，数字示波器凭借着自身的高性能、高精确度等优势，特别是可存储和可进行数值计算方面，在测试分析仪器市场上占据着很大的份额，并且还具有很大的研究和开发价值。由资料可知，泰克、安捷伦、立科这三大公司生产的示波器目前仍占据着市场的主流。美国泰克公司在示波器领域的权威性是世界公认的，技术方面也一直处于领先地位。它推出的示波器具有独特的保证高信号保真度的获取结构，能够利用先进的触发系统，提供快速瞬态信号的多通道获取，显示和所有测量的有效修正，先进的波长处理等能力。而安捷伦公司，目前已经开发出了13Gsa带宽，40Gsa/s实时采样率的超高性能示波器。但由于昂贵的价格，尤其是核心部件A/D，应用领域还不是特别的普遍。排名第三的立科公司在示波器方面，它推出了各种信号的示波器，并具有其独特的特点：能够自动测试32种参数。其示波器的另一个特点就是存储长度长，长存储提供高的分辨率，LeCory独有的存储管理系统，配合其先进的峰值检验电路，使得整个波形在单一屏幕内显示，即可即时找出毛刺及干扰的所在，确保任何扫描速度动作，都能保持较高的采样速率。

相比国外，我们国内在数字示波器研发方面还处于起步阶段，日常使用的数字示波器很多都是进口的。目前，国内生产的数字存储示波器，由于受到高速取样技术的限制，大部份采用的是重复取样技术。这样一来，示波器的性能也就大大降低了。因此，我们需要充分的了解国外高性能数字示波器的研发动向，突破技术障碍，从而提高自身的市场竞争力。

在科技迅速发展，经济全球一体化的当今社会中，简洁、高效、经济已经成为人们做事的一大宗旨。数字式示波器就是在这种环境下逐渐完善起来的。越来越多的用户享受到了数字示波器所带来的便捷与实用。这种越来越大的市场需求，将促使示波器继续向数字化、智能化、集成化、多功能化、高精度化的方向发展。

而对于我们大学生，特别是理工科的大学生而言，示波器在我们的学习与实验过程中应该是不可或缺的一部份。基于上述的市场需求和我们自身的学习要求，我想，了解示波器的工作原理，同时，通过平时所学的知识来动手制作一个简易的示波器是一件非常有趣和有意

义的事情。在制作的过程中，我们将会运用到多方面的知识。比如说文献检索，我想这门学科应该是专门为我们毕业设计而开设的。在设计过程中，我们自然而然会需要查阅大量的国内外资料，为自己设计的实物提供理论和实践依据。而文献检索技巧恰恰能很好地帮助我们解决这方面的困难，让我们能更加轻松地进行设计。此外，我们还会运用到单片机有关方面的知识，这个数字式小示波器是基于单片机而开发的，所以对单片机的基本理论知识了解是必不可少的，虽然这次使用的单片机不是我们平常熟悉的51系列[4，5，6]，但万变不离其宗，有了之前的学习，我相信我能很快的掌握STC12C5A60S2系列单片机的性能和应用。而在了解整个系统的硬件原理后，我们将还要画原理图和进行PCB封装，这些我们在电子线路综合设计课上都学过[7]，因此我们能熟练的运用Protel或Altium Designer软件进行电路图绘制。当电路板制作完毕后，我们还要进行程序部分的编写，这也就涉及到C和汇编这两种计算机语言。这两种语言我们都曾在学习中有所接触，并且在实验课上也编写过一些程序，这些都让我们有能力和基础去独立编写一段程序。总之，整个设计过程都将有助于我们对大学四年的学习生涯做一个最好的回顾和总结，同时还会锻炼我们的实践动手能力。

我想，通过这次毕业设计和亲身实践，我将会对单片机的应用有一个更加全面和深入的认识。虽然我要设计的数字式小示波器在功能和实现方式上都比较简单，但是我觉的事物都是有共通性的，因为每一个新产品的完善和更新换代都是基于它的初代产品。所以，我们就应该举一反三，总结经验，为我们在以后的工作和学习打好坚实基础。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：

研究的基本内容：

用单片机及LCD液晶显示器设计出能显示一定频率的信号源的波形。并要求能设计出实物，编出控制源程序,演示实物功能，完成设计报告。

要解决的主要问题：

1．数字式小示波器的原理和方法

2．了解STC12C5A60S2单片机的功能及其运用

3. 了解LCD12864液晶显示器的功能及其运用

4．单片机控制源程序的编写

5．硬件电路制作和调试及PCB板的制作

三、研究步骤、方法及措施：

1．查找相关资料，总体方案论证，做好开题报告

2．根据方案设计控制电路原理图，设计线路图