简易数字存储示波器设计报告

简易数字存储示波器设计报告书

学院电子与信息工程学院

专业电子信息工程

班级电子1102班

学生姓名刘楠楠

学号1110910221

指导老师张诚老师

摘要

本作品是以MSP430F169和MSP430F149芯片为主控制器，以LCD12864液晶屏和1602液晶屏作为显示模块制作的简易数字存储示波器，能够很好的实现正弦波、方波和三角波波形以及常见波形的正常显示，同时可以显示被测波形的峰峰值，有效值和频率等相关特性。关键词：MSP430 LCD液晶屏调理电路 AD转换采样

ABSTRACT

This work is based on the MSP430F169 and the MSP430F149 chip as the main controller, using 12864 LCD liquid crystal screen and 1602 LCD as display simple digital oscilloscope module, very good realization of sine wave, triangle wave, Fang Bo and common waveform display, and can display the measured waveform peak, RMS and frequency correlation.

Keywords: MSP430 LCD AD conversion sampling

目录

一前言................................................... 错误！未定义书签。二作品设计要求 (1)

三总体方案设计 (2)

3.1 方案比较 (2)

3.2 方案选择 (4)

3.3 总体方案设计参数计算 (4)

四电路单元模块设计 (4)

4.1 单片机主控芯片电路模块 (4)

4.2 液晶显示电路模块 (6)

4.2.1LCD12864液晶模块的特点 (6)

4.2.2 液晶屏芯片管脚与功能 (6)

4.2.3 液晶屏的读写时序 (6)

五辅助电源电路 (7)

六程序软件部分 (9)

6.1 软件设计流程图 (9)

6.2 部分程序代码 (10)

七作品的调试与测试 (12)

八测试数据统计及分析 (13)

8.1测试数据统计 (13)

8.2测试数据分析与结论 (13)

九作品电路图的PCB制作 (14)

十作品实物图片 (15)

前言

数字示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，与传统模拟示波器相比，数字存储示波器不仅具有可存储波形、体积小、功耗低，使用方便等优点，而且还具有强大的信号实时处理分析功能，在电子电信类实验室中使用越来越广泛。如今由于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，数字存储示波器的优势是可以实现高带宽及强大的分析功能。现在高端数字存储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。而低端数字存储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。数字存储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。

二作品设计要求

要求基于单片机设计一具有远程控制功能的简易数字存储示波器。具体要求如下：

（1）输入信号范围可达0～±10Vpp，分辨率可达0.4Vpp。

（2）输入信号频率范围可达100Hz～10KHz，，频率分辨率可达100Hz。

（3）实时显示输入波形（至少1个周期）

（4）具有波形存储功能，能存储至少1组波形，存储深度至少为1屏数据，并可回调存储波形。

（5）实时显示输入信号的峰峰值（Vpp）、有效值（Vrms）和频率。

（6）具有远程控制功能，通过远程终端控制该示波器的采样运行、停止、回放等操作。

（7）自制电源。

（8）其它。（在满足上述要求的基础上，自行增加功能或提高性能指标。如扩展输入信号幅度和频率范围、提高幅度和频率分辨率、增加保护电路、提高人机交互友好程度、实现远程波形数据的传输等）

三总体方案设计

3.1方案比较

方案一：利用一片430单片机作为主控芯片，对函数发生器传输过来的波形进行采样，并将采样数据送到LCD液晶屏上进行实时显示。同时通过红外装置进行无线传输，将波形数据传输给另一片430单片机，对波形的参数（频率、幅值、相位）进行实时显示。

其电路方框图如下图1所示：

图1

方案二：它的工作原理是：对于输入的信号，首先由信号调理电路将信号进行整形，滤波处理，然后将处理后的信号送入到A/D转换器的模拟输入端，由A/D转换器对输入的模拟信号进行数字化处理，数字化处理后的数据存储在定义的数组中，一帧数据采集完成后，经过一定的数字信号处理算法，计算出波形的相关参数，并对波形进行重建送入到LCD液晶显示器中显示。基于模数转换电路在给定采样时钟的节拍下把输入模拟信号转换为离散的数据值，然后送入到两片430单片机中分别实现波形的实时显示和波形相关数据的显示的功能。其电路方框图如下图2所示：

图 2

3.2方案选择

对于方案一，其实现结果效果较好，但是红外无线传输电路较复杂，且程序较繁琐；相比之下方案二则整体思路比较明确，单片机直接对调理电路调理过后的信号采样和取值，分别显示波形和波形相关参数。故本作品采用方案二作为设计方案。

3.3总体方案设计参数计算

本作品的设计要求中，由于输入信号要求0～±10Vpp，分辨率可达0.4Vpp，输入信号频率范围可达100Hz～10KHz，，频率分辨率可达100Hz。故在前级调理电路中，可以采用集成运放将基线和幅值调理成MSP430单片机能够采集的范围之内。由于波形显示需要不失真，因而在AD采样时采用单片机内部AD定时器采样，最高可达200kbps。采样数据存放在数组中，利用给液晶屏地址赋值的方式将波形显示出来。

四电路单元模块设计

4.1 单片机主控芯片电路模块

430单片机主控芯片模块电路图如下图所示：