西工大电子技术课程设计-数字示波器显示字符

西北工业大学西北工业大学课程设计报告题目:通用示波器显示字符学院: 自动化学院班级: ********班学生（学号）: *** **********学生（学号）: *** **********日期: 2014 年 1 月摘要本次课程设计的目的是在通用示波器上显示数字、字母和汉字，整个电路主要由计数器模块、EPROM存储模块、DAC转换模块以及运算放大电路和示波器等组成。

考虑到数字示波器的工作原理，我们采用了在X-Y工作模式下通过CH1、CH2分别输入X、Y两个电压信号的方式，在示波器上显示了出一系列位置与X、Y电压值大小有关的点。

通过设置这些点的位置和排列方式，可以在示波器上显示数字、字母和汉字等字符。

为此，我们先将要显示的字符进行点阵化处理，即用一个3232大小的点阵作为背景，用其中的点来构成字符，并将这些点的X、Y坐标记录下来。

显然，每个字符都可以用一系列的点的X、Y坐标来表示，也即将字符编码为这些坐标数据。

为了简化电路结构，我们将字符编码后的X、Y坐标数据分别保存在两片EPROM中。

然后将74LS161接成十六进制计数器，并将其输出端与EPROM的地址端相连。

当74LS161接入CP信号开始计数后，输入EPROM的地址码便不断增加，存储在EPROM中的数据便依次被读取出来。

最后，从EPROM中读出的数据还需经DAC转化，再经过LM324放大电路输出到示波器，在其上显示出一个个点。

当CP信号的频率合适时，示波器上便形成了肉眼不易分辨出闪烁的字符。

由于函数发生器的频率与示波器的采样频率无法做到基本同步，通过EPROM 存储字符并显示的效果并不理想。

我们对电路进行了改进，采用单片机来存储字符并显示，并获得了较好的效果。

通过以上方法，我们最终在示波器上显示了0—9Hz和四个汉字。

关键词：DAC转化、EPROM编码、示波器显示、字符显示技术、89C51单片机嵌入式系统目录一、课程设计目的......................................................................... 错误！未定义书签。

二、设计任务与要求..................................................................... 错误！未定义书签。

三、方案设计与论证..................................................................... 错误！未定义书签。

四、单元电路设计与参数计算..................................................... 错误！未定义书签。

五、电路的安装与调试................................................................. 错误！未定义书签。

六、遇到问题的解决方法............................................................. 错误！未定义书签。

七、实验成果................................................................................. 错误！未定义书签。

八、结论与心得............................................................................. 错误！未定义书签。

九、参考文献................................................................................. 错误！未定义书签。

通用示波器显示字符一、课程设计目的1．巩固和加深对电子技术课程基本知识的理解，提高综合运用所学知识的能力。

2．提高独立解决工程实际问题的能力。

培养根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力。

3．通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选择及电路安装调试等环节．初步掌握简单实用电路的工程设计方法。

4．提高动手能力。

掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法。

5．能按课程设计任务书的要求编写设计说明书。

了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能正确反映设计和实验成果。

二、设计任务与要求1．使用示波器的X-Y方式显示汉字字符；2．两个内容：0-9Hz数字字母和一句唐诗（内容自选）；3．人眼不易察觉闪烁；4. 分为两行显示方式---用按键选择。

三、方案设计与论证1、汉字显示原理，汉字显示共分为两种方法如下介绍：（1）阶梯循环法（也称点阵法）示波器上的显示字符是用点阵来实现的，点阵中点数的选择应根据示波管本身的亮度、聚焦和尽可能逼真、不产生闪烁感、不占用过多的时间为依据而综合考虑的。

由于此方法对于点阵中的每一个点都要进行以为、比较、判断、技术，占用的时间很长，给设计带来一定的困难。

阶梯循环法程序设计复杂，字符占用时间长，速度慢，但字符库规则，占用的内存少。

（2）坐标法坐标法主要考虑点阵中有效的点，即只储存需要点亮的点。

其优点为程序简单，占用时间短，速度快。

缺点是字符库不规则，真用内存略多一点。

综合考虑后，我们决定采用坐标法来实现本次设计。

2、示波器的显示原理。

（1）示波器的显示原理是用数字的方法产生锯齿波。

（2）采用8位精度，相当于把示波器划分为256×256小格。

（3）对应Y扫描的1个周期，X有256个扫描周期，示意如下：采用8位精度，相当于把示波器划分为256×256小格对应Y扫描的1个周期，X有256个扫描周期，示意如下：3、根据示波器的显示原理可以设计出三种方案：方案一：根据示波器的显示原理编出要显示的字的代码，利用数据选择器及相关组合电路实现利用计数器控制输出X,Y坐标的电评以达到控制示波器在预定位置打点的效果。

该方案需要用到555定时器，计数器，D/A转换器等器件。

由于需要显示内容较多，且电路较为复杂，故放弃使用。

方案二：利用EPROM的可储存性，用函数发生器作为周期脉冲信号，利用8位二进制计数器控制EPROM的询问地址，将EPROM中输出的信号输入D/A转换器中，实现数模转换，最后利用放大电路使示波器显示要求字符。

需要器件有，EPROM，D/A转换器，LM324，74LS161等，EPROM编码采用逐点编码。

由于函数发生器的频率与示波器的采样频率无法做到基本同步，调试一天后，仍然噪点很多，无法清楚地实现汉字的显示。

用此方法调试的最理想的结果如下图：方案三：在方案二的基础上，用单片机嵌入式系统代替EPROM和161计数器，直接用单片机的I/O口控制DAC，输出理想电压。

此方法可方便的改写程序和代码，便于调试，故采用此方案。

4、使用的软件（1）用PCtoLCD汉字取模软件作为最基本的初步取模软件，此软件有两种导入方式、四种编码方式，分辨率可任意调解，点阵清晰，而且可更换不同字体，功能非常强大。

图像功能可以读取任意图像，按一定的方式取模，汉字功能可将所有的汉字直接显示并取模，界面如下图所示：四、单元电路设计与参数计算1.输入信号的产生使用函数信号发生器产生方波信号，频率直接可调。

2.十六进制计数器的设计将74LS161的CP信号接成同一CP，低位的161的进位信号作为高位的161的使能端控制信号。

3.EPROM及DAC的连接五、电路的安装与调试1、调试前的直观检查检查电路连线是否正确；包括错线、少线、多线；（1）按照电路图检查安装的线路；（2）按照实际电路来对照原理电路进行查线。

2、元、器件安装情况检查元、器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；3、电源供电与信号源连线检查电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确；4、电源端对地（┸）是否存在短路在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地（┸）是否存在短路若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试阶段。

调试阶段：一、通电观察1)观察有无异常现象，有无冒烟。

2)异常气味。

3)元器件是否发烫。

4)电源是否有短路。

二、静态调试静态测试模拟电路的静态的工作点。

数字电路的各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系。

三、动态调试调试的方法：•在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号。

•循着信号的流向逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标。

•发现故障现象，缩小故障范围，•设法排除故障•继续调解示波器采样频率和电路时钟周期的输入频率•按此循环，直到出现理想的汉字调试中注意事项:1、正确使用测量仪器的接地端。

2、测量电压所用仪器的输入阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。

3、测量仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。

4、要正确选择测量点。

5、测量方法要方便可行。

6、调试过程中，不但要认真观察和测量，还要善于记录。

7、调试时出现故障，要认真查找故障原因，切不可一遇故障解决不了就拆掉线路重新安装。

六、遇到问题的解决方法1. LM324的连接与调试：接电后发现示波器波形杂乱无章，并不是想要的波形，用万用表检查各输出端电平变化后发现输出一切正常，通过查阅资料后发现示波器频率需与时钟频率基本一致，调试示波器采样频率后，基本可以出现相符的波形。

2.计数器和ROM的连接与调试：按要求连接电路，发现示波器波形杂乱无章，并不是理想中的波形，调试期间每次烧入数据都要到老师那里去烧，很麻烦，不利于调试，调节计数脉冲的函数发生器频率与示波器采样频率后仍然没有很好的效果。

最后采用89C51系列单片机嵌入式系统的内置ROM和外界晶振时钟，通过编写程序来实现对其的控制，效果有了明显的改善。

4.示波器的调试：按老师的要求将电路接入数字示波器中发现不易显示波形，且不易调试，想换为模拟示波器，但因不符合题目要求，故放弃，向老师借了数字示波器的说明说，仔细阅读后继续进行调试。

5.代码的编写：代码的编写是本次实验最为复杂的一环，我们一共编写了三个程序。

全部用C++语言编写。

其中（1）、（3）程序在CB环境中编写和运行，（2）程序在keil2环境中编写和运行。

（1）32*32精度的汉字取模后转化为坐标的程序，即输入模值后即可输出X、Y坐标的txt文档，方便复制。

（2）单片机嵌入式系统的ROM数据写入控制与始终循环控制代码，即将任意数据考入单片机内置ROM中，控制时钟按坐标个数无限循环，使单片机循环输出ROM中的数据（3）灰度值的取模程序，即对每个坐标的灰度值进行区分，输出不同大小的八个坐标点，实现示波器显示图片。

最后因时间问题，没有对此程序进行验证。