基于单片机的数字示波器设计

基于单片机的数字示波器设计

摘要

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。

基于单片机的数字示波器充分发挥了单片机的性能优势，它与传统的模拟示波器相比有许多优点，它易操作、体积小、精度高、可永久存储波形数据、反复重现波形数据等。它特别适合一些电子DIY群体，故其使用面更加广。本文提出了一种简易数字示波器的设计方案，以AT89C52单片机作为控制核心，通过高速A/D器件ADC0809采集信号，实现信号的存储与测量。测试结果证明本设计提出的数字示波器可以实现波形的采集、存储、波形参数的测量，稳定性高，具有较高的实用价值。关键词：单片机；AT89C52；ADC0809；数字示波器

Design Of Digital Oscilloscope Based On

Single-chip microcontroller

Abstract

Oscilloscope is an electronic measurement instrument.It is widely applied in various fields.With the rapid development of microelectronics and computer technology, oscilloscope has been changed from analogue oscilloscope to digital oscilloscope. Compared with analogue oscilloscope,digital oscilloscope has many advantages, and gradually replaces analogue oscilloscope, which becomes the mainstream in the market.

The digital oscilloscope based on SCM has made most use of pared with analogue oscilloscope,many advantages can be listed,such as, easy to operate,small size,high accuracy, permanently store and repeatedly reproduce waveform data,etc.It is particularly suitable for DIY groups.Therefore,it is more widely used.This paper proposes a design of simple digital oscilloscope , of which AT89C52 microcontroller works as the control core, collecting signal by high-speed A/D device ADC0809 and reaching the signal storage and measurement. Test results show the digital oscilloscope proposed by this design can realize the acquisition and storage of waveform,and measure waveform parameter.At the same time,the digital oscilloscope owns advantages of high stability and practical value.

Key words: Single-chip microcontroller;AT89C52;ADC0809;Digital Oscilloscope

目录

第一章绪论 (1)

1.1 课题背景与实际意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (1)

1.3 设计目标和设计内容 (2)

第二章硬件电路设计 (3)

2.1 总体研究思路 (3)

2.2 AT89C52单片机简介 (3)

2.3 数字示波器原理 (7)

2.4 A/D转换及ADC0809的基本介绍 (8)

2.4.1 A/D转换 (8)

2.4.2 模/数转换器ADC0809 (8)

2.5 系统各模块设计方案 (11)

2.6 硬件电路设计 (13)

2.6.1 电源模块 (13)

2.6.2 串口通讯模块 (13)

2.6.3 数据采集模块 (14)

2.6.4 存储模块及液晶显示模块 (14)

第三章软件设计 (17)

3.1 设计思路 (17)

3.2 主程序设计 (17)

3.3 A/D转换子程序 (18)

3.4 LCD液晶显示子程序 (19)

3.5 EEPROM读写子程序 (20)

3.6 按键处理子程序 (21)

3.7 串口通讯子程序 (22)

3.8 测试结果 (22)

第四章结语 (25)

致谢 (26)

参考文献 (27)

附录A (28)

附录B (29)

第一章绪论

1.1 课题背景与实际意义

近年来，随着电子技术与计算机技术的发展，对数据检测仪表的数据采集速度、精度及其智能化提出了更高的要求。示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号显示出来，便于人们研究各种电现象的变化过程。普通示波器虽然功能强大但其价格昂贵，同时该类示波器体积重量偏大、携带非常不方便，而日常DIY电子制作中只需测试诸如信号的波形、频率、幅度等参数，无需使用昂贵而笨重的示波器。

本课题拟研究的数字示波器与传统模拟示波器相比，不仅可以清晰的显示出信号的时域特性，并且可以显示频域特性，同时具有参数测量，频谱分析、波形存储与回放等功能，可以更好的服务于科研、实验。我们将预期成品定位为中低档型，即在性能上只需满足大多场合的基本应用，努力实现小型化，价格尽可能低廉，给广大电子爱好者提供方便。若作市场角度考虑，在高端用户的使用中能发挥便携性强的优势，与高档示波器配合使用，互相取长补短。在高校中，可以作为教具或学生实验仪器使用，有效改善实验条件，能够更好的营造大学生积极探索、自主创新、自主研究的科研氛围。

1.2 国内外研究现状

随着集成电路的发展与电路设计的改进,数字示波器的技术水平已达到了一个新的高度,在科学研究和工程设计中得到越来越广泛的应用。已成为目前研究的的一个热门领域，数字示波器具有传统示波器无法比拟的优点，它能直接测量信号的幅度、频率等许多参数，还具有相当强的数据处理和显示能力。目前数字存储示波器（DSO）虽然克服了模拟实时示波器（ART）带宽有限，触发简单，无法存储数据等缺陷，但其波形捕获速率却始终比较低，而且没有了ART的辉度等级显示。因此，国外厂商近年来相继推出了新一代的具有高波形捕获速率的数字示波器产品。例如，美国泰克公司的数字荧光示波器（DPO），不但具有ART的高波形捕获速率和辉度等级显示，而且具备了DSO的数据存储与分析、先进的触发等功能，在实验室和工业现场的高端测试领域中得到了广泛应用。

近年来，国内在通用电子测量仪器的研究和生产取得了显著的进展，国内厂家生产的中低端产品，如示波器、多用表等产品已占据大多数的国内市场，国外同档