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 3.2 3.3

方案比较 ............................................................ 2 方案选择 ............................................................ 4 总体方案设计参数计算 ................................................ 4

四 电路单元模块设计 ....................................................... 4 4.1 4.2

单片机主控芯片电路模块 .............................................. 4 液晶显示电路模块 .................................................... 6

4.2.1 LCD12864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：

五 辅助电源电路

根据交流电变成直流电的原理，该设计问题按先后顺序可分为变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路，其流程图如图6所示。

电源变压器 整流电路 220V 滤波电路 稳压电路 VO 图6 电源电路流程图

系统电源电路的电路图如图7所示：

图7 系统可调电源电路电路图

为保证空载情况下输出电源稳定，R1不宜高于240Ω。取R1=200Ω。 由LM317的性质可得：

Vo?1.25(1?R3?RV1) R1当输出为+3到+18V可调时，经计算得R2= 280Ω，RV1min = 0Ω,RV1max= 2400Ω。实际上不可能达到这一要求，以防实际工作中出现误差，保留一定的余度。故取R2为选用一个500Ω的电位器，因此可调500Ω电位器可以满足R2=280Ω,RV1 = 2.5KΩ的可调电位器，由于资源有限，所以本设计就选用了5.1K的电位器并联上一个5.1K的电阻，其有效电阻了2.55KΩ的可调电位器，此值可满足RV1max= 2400Ω的要求。

六 程序软件部分

6.1软件流程图

软件设计部分主要包括主程序模块、A／D转换模块、LCD显示模块、按键处理模块，其流程图如下图8所示。

开始程序初始化i对50取余是否为0YES计算频率值NO采样存储A/D转换值数据处理清屏显示判断是否有键按下 YESNO采样点数增加采样点数减少显示频率显示峰峰值显示有效值重新计算复位i++

图8 软件设计流程图

6.2 部分程序代码

#include \#include \#include \

#define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define Num_of_Results 128 int x,y;

unsigned int Y[Num_of_Results]; //测试用Y坐标（12位AD值） uint t,max;

/*************************主函数*************************/

void main( void ) {

/*下面六行程序关闭所有的IO口*/ P1DIR = 0XFF;P1OUT = 0XFF; P2DIR = 0XFF;P2OUT = 0XFF; P3DIR = 0XFF;P3OUT = 0XFF; P4DIR = 0XFF;P4OUT = 0XFF; P5DIR = 0XFF;P5OUT = 0XFF; P6DIR = 0XFF;P6OUT = 0Xff;

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; //关闭看门狗

P6DIR |= BIT2;P6OUT |= BIT2; Ini_Lcd(); Clear_GDRAM();

P6SEL |= 0x04; // 使能ADC通道 ADC12CTL0 = ADC12ON + SHT0_8 + MSC; // 打开ADC，设置采样时间

ADC12CTL1 =SHP + CONSEQ_2 + CSTARTADD_2; // 使用采样定时器 ADC12MCTL2 = INCH_2 + EOS;

ADC12IE = 0x04; // 使能ADC中断 ADC12CTL0 |= ENC; // 使能转换 ADC12CTL0 |= ADC12SC; // 开始转换 _EINT(); LPM4;

//实际显示X坐标 while(1); }

#pragma vector=ADC_VECTOR __interrupt void ADC12ISR (void) {

static uint index = 0;

Y[index++] = ADC12MEM2; // Move results

if(index == Num_of_Results) {

for(x=0;x<128;x++) {

y=(Y[x]*1.0/4096.00)*64; //实际显示Y坐标 Msk[x/8+16*y]|=(0x80>>(x%8)); }

Draw_PM(Msk);

_NOP(); //在这里设置断点观察液晶屏幕显示 } }

GUI_PrtPic(0, 0, 239, 319, gImage_root01);// 示波器面板（背景）图显示

GUI_Line(224, 268, 224, 315, 0xffff); //Running至Off间6根短白线

GUI_Line(184, 268, 184, 315, 0xffff); GUI_Line(144, 268, 144, 315, 0xffff); GUI_Line(104, 268, 104, 315, 0xffff); GUI_Line( 64, 268, 64, 315, 0xffff); GUI_Line( 24, 268, 24, 315, 0xffff); WaveTrackCnt = 0;

GUI_PrtStr(208, 270, \和\DC \显示

GUI_PrtStr(188, 280, \

GUI_PrtStr(168, 273, \// \和\显示

GUI_PrtStr(148, 275, \

GUI_PrtStr(128, 270, \// \和\显示

GUI_PrtStr(108, 275, \

GUI_PrtStr( 88, 274, \// TrigVolt显示

sprintf(UART0_StrBuff, \ GUI_PrtStr( 68, 276, UART0_StrBuff, 0x0000, 0xffff);

GUI_PrtStr( 48, 280, \// \和\Off \显示

GUI_PrtStr( 28, 283, \

七 作品的调试和测试

简单系统硬件的调试通常采用载入简单的测试程序并运行，使用数字表或示波器观察；对有些硬件例如显示器、键盘等可直接编入程序观察程序执行状态。

首先上电复位后用示波器观察LCD屏上是否有波形输出，如有表明单片机已激活，接下来用和标准示波器相比较的方法去观察显示的波形。其简易方框图如下图9所示：

信号发生器测试样机标准示波器 图9 比较法测试方案方框图

用标准信号发生器在输入端分别加正弦波、三角波和矩形波信号，通过调理电路后输入到单片机中。观察标准示波器显示波形的和该作品显示的波形的差异大小，适当的进行程序代码和硬件电路的调试。

八 测试数据统计及分析

8.1测试数据统计

幅度和频率的测量

输入电压 (V)(550Hz) 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 输入频率 (Hz)（1V） 500 550 600 650 700 750 800 850 显示的 频率(Hz) 500 550 599 650 700 751 798 850 相对 误差 0 0 0.17% 0 0 0.13% 0.25% 0 2.6

900 900 0 8.2测试数据分析及结论

由上述测试结果可知，在低频段范围内，该作品能够很好地显示正弦波、三角波和方波，并且能够实时的显示相应波形的频率数值。频率的测量在0—900Hz范围内，误差小于1%，可能由于硬件电路或软件编程的影响，致使其测量范围比设计要求稍小，但整体符合设计要求，能够满足该作品的性能指标。

九 作品电路图的PCB制作

作品的整体电路图绘制出来后，在Altium Designer 软件中画出相应的原理图并制作对应的PCB图，采取手动布线完成整个PCB图的制作。PCB效果图如下图10所示：

图10 整体电路PCB图

十 作品实物图片

10.1 整体作品实物图展示

图11 作品整体效果图

10.2方波、正弦波和三角波波形的实物显示图片

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/79fv.html