基于S12的简易数字示波器的设计
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鳗 廛 一 －
基 于￥ １ ２ 的 简易数 字示波器 的设计
江南大学物联 网工程 学院 施亚平 陆灿楠 胡碧霞
【 摘要 】设计 了一 台简 易便携 式数字示波器 ，能对任意小 于１ ＭＨｚ 的波形进行 频率和峰 峰值的测量 ，且 能够对被测周期信号或单次 非周期信 号进行 单次采 集与储 存，连 续 显示。该设计 以ｓ １ ２ 为 主控单片机，制作出的示波器不仅可以测量低频的直流信号 ，也可 以测量高频的交流信号。 【 关键词 】简易便 携；数字示波器 ；信号测量 ；设计制作
单片机 之间 的高速数 据缓 冲 ，具 有３ 个标志 引 脚Ｆ Ｆ（ 满标 志）、Ｈ Ｆ（ 半满标 志 ）和Ｅ Ｆ（ 空标 志 ）。Ｍ Ｃ ｕ 根 据这 三个标 志 ，当满时 读取数 据 进 行处理 ，并禁 止Ａ Ｄ 采样 时钟 ，半满时继 续采 样 ，空时则等 待读取数据 。由于Ａ Ｄ 转换较 快 ， 可在Ａ Ｄ 与Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 间加入７ ４ Ｖ Ｈ Ｃ ５ ７ ４ 锁存器数据 经锁 存缓冲后送入Ｆ Ｉ Ｆ ０ 。
１ ． 引 言
数 字示波器 的设计是对传统 高速 电子束示 波器 的改进 ，它 能对被测周 期信号或单 次非周 期信 号进行一 次采集与储存 ，便于分析 波形 。 目 前 对 于数字 示波器 已经有 比较丰 富的研究 ， 但 有时在开发 设计 中只需要 中低端 数字示波器 即可达标 。针 对此本文 给出 了一种 简易数字示 波 器的制作 设计方案 ，尽可能采用 数字 电路 ， 结 构简单测量 结果可靠 且具高分辨 率和 低误差 的特 点。 ２ ． 系统设计方案 本设 计 以Ｓ ｌ ２ 单 片机为 主控芯 片 ，通 过程 控 放大 电路将 信号 衰减放 大后 经Ｔ Ｌ Ｃ ５ ５ １ ０ 采样 送 入Ｆ Ｉ Ｆ ０ 芯片进 行缓冲存储 和整形 电路，然后 ｓ １ ２ 从Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 读取 数据 ，进行 处理后 将波形 和峰 峰 值在Ｌ Ｃ Ｄ 上进行 显示 ，另一 方面 从整形 电路 输入ｓ １ ２ Ｎ Ｕ 频 ，并将 频率显示在液 晶屏上 。 ２ ． １硬件 设计 硬 件 设 计包 括 程控 放大 、高速 Ａ Ｄ 转 换与 Ｆ Ｉ Ｆ ０ 存储 、时钟 电路和 电源 ，整形 电路 与单片 机处 理四个 电路模块 ，各模块 间联系如 下：
Ａ Ｄ 转换器 的采样频率 ，然后 用计数器模块测量 经整形信 号的频率 ，另一 方面通过查看Ｆ Ｉ Ｆ ０ 的 标志位来 禁止、读取或等待 数据，将数据进行 处 理 后 通 过Ｌ Ｃ Ｄ（ 选用 １ ２ ８ ６ ４ 显示 屏 ）显 示 ，包 括 峰峰值和 频率 。Ｍ Ｃ Ｕ 与个模块 之 间的控制联 系在 图１ 中 已给 出 。 ２ ． ２软件设计 软件设计 采用 飞思卡尔 公司的Ｓ １ ２ 系列 单 片机 ，并通过Ｐ Ｌ Ｌ 将总线 时钟超频在６ ４ Ｍ ，能轻 松完成信号 的采集 ，处理和显示等功能 。 ２ ． ２ ． １波形处理模块 程 序开 始完成各模块初始化后单片机 首先 图３ Ａ Ｄ 转换 与Ｆ Ｉ Ｆ ０ 接 口模块 读取Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 全满信号 ，若判 断全满信号为 高电平 ２ ． １ ． ３时钟 电路和 电源模块 则开始 读取数据 ，否 则继续检测 。读取 的数据 时钟 电路为Ａ Ｄ 转换器提供采样 时钟信 号 ， 通过 处理，则送Ｌ Ｃ Ｄ 显示 。由于Ｌ Ｃ Ｄ 显示命 令耗 对于 １ Ｍ Ｈ ｚ 以内 的信 号 ，本设计 以２ ０ Ｍ Ｈ ｚ 晶振 为 时过长 ，于是在单片机 内存 中模拟 了一块 显示 基准 ，采 用 计数 器 组成 的 分频 电路 得 到一 系 区域 ，当数据画满整个 显示 内存 ，便将整 个数 列不 同 的采样 周期 ，分别 为２ ０ Ｍ Ｈ ｚ 、１ Ｏ Ｍ Ｈ ｚ 、 据送液 晶显示 ，大大提高 了显示效率 。
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单片机 之间 的高速数 据缓 冲 ，具 有３ 个标志 引 脚Ｆ Ｆ（ 满标 志）、Ｈ Ｆ（ 半满标 志 ）和Ｅ Ｆ（ 空标 志 ）。Ｍ Ｃ ｕ 根 据这 三个标 志 ，当满时 读取数 据 进 行处理 ，并禁 止Ａ Ｄ 采样 时钟 ，半满时继 续采 样 ，空时则等 待读取数据 。由于Ａ Ｄ 转换较 快 ， 可在Ａ Ｄ 与Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 间加入７ ４ Ｖ Ｈ Ｃ ５ ７ ４ 锁存器数据 经锁 存缓冲后送入Ｆ Ｉ Ｆ ０ 。
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数 字示波器 的设计是对传统 高速 电子束示 波器 的改进 ，它 能对被测周 期信号或单 次非周 期信 号进行一 次采集与储存 ，便于分析 波形 。 目 前 对 于数字 示波器 已经有 比较丰 富的研究 ， 但 有时在开发 设计 中只需要 中低端 数字示波器 即可达标 。针 对此本文 给出 了一种 简易数字示 波 器的制作 设计方案 ，尽可能采用 数字 电路 ， 结 构简单测量 结果可靠 且具高分辨 率和 低误差 的特 点。 ２ ． 系统设计方案 本设 计 以Ｓ ｌ ２ 单 片机为 主控芯 片 ，通 过程 控 放大 电路将 信号 衰减放 大后 经Ｔ Ｌ Ｃ ５ ５ １ ０ 采样 送 入Ｆ Ｉ Ｆ ０ 芯片进 行缓冲存储 和整形 电路，然后 ｓ １ ２ 从Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 读取 数据 ，进行 处理后 将波形 和峰 峰 值在Ｌ Ｃ Ｄ 上进行 显示 ，另一 方面 从整形 电路 输入ｓ １ ２ Ｎ Ｕ 频 ，并将 频率显示在液 晶屏上 。 ２ ． １硬件 设计 硬 件 设 计包 括 程控 放大 、高速 Ａ Ｄ 转 换与 Ｆ Ｉ Ｆ ０ 存储 、时钟 电路和 电源 ，整形 电路 与单片 机处 理四个 电路模块 ，各模块 间联系如 下：
Ａ Ｄ 转换器 的采样频率 ，然后 用计数器模块测量 经整形信 号的频率 ，另一 方面通过查看Ｆ Ｉ Ｆ ０ 的 标志位来 禁止、读取或等待 数据，将数据进行 处 理 后 通 过Ｌ Ｃ Ｄ（ 选用 １ ２ ８ ６ ４ 显示 屏 ）显 示 ，包 括 峰峰值和 频率 。Ｍ Ｃ Ｕ 与个模块 之 间的控制联 系在 图１ 中 已给 出 。 ２ ． ２软件设计 软件设计 采用 飞思卡尔 公司的Ｓ １ ２ 系列 单 片机 ，并通过Ｐ Ｌ Ｌ 将总线 时钟超频在６ ４ Ｍ ，能轻 松完成信号 的采集 ，处理和显示等功能 。 ２ ． ２ ． １波形处理模块 程 序开 始完成各模块初始化后单片机 首先 图３ Ａ Ｄ 转换 与Ｆ Ｉ Ｆ ０ 接 口模块 读取Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ 全满信号 ，若判 断全满信号为 高电平 ２ ． １ ． ３时钟 电路和 电源模块 则开始 读取数据 ，否 则继续检测 。读取 的数据 时钟 电路为Ａ Ｄ 转换器提供采样 时钟信 号 ， 通过 处理，则送Ｌ Ｃ Ｄ 显示 。由于Ｌ Ｃ Ｄ 显示命 令耗 对于 １ Ｍ Ｈ ｚ 以内 的信 号 ，本设计 以２ ０ Ｍ Ｈ ｚ 晶振 为 时过长 ，于是在单片机 内存 中模拟 了一块 显示 基准 ，采 用 计数 器 组成 的 分频 电路 得 到一 系 区域 ，当数据画满整个 显示 内存 ，便将整 个数 列不 同 的采样 周期 ，分别 为２ ０ Ｍ Ｈ ｚ 、１ Ｏ Ｍ Ｈ ｚ 、 据送液 晶显示 ，大大提高 了显示效率 。