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 SCM.Compared 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)
便携式示波器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
次的产品正逐渐退出。同时，在部分高端数字示波器方面也有明显的突破。如北京普源精电科技有限公司的DS1000及DS5000系列数字示波器最高采样率达到1GB/s，存储深度1MB，与国内知名示波器生产企业一样，我国手持数字存储示波表的生产企业在其产品的研发过程中，除了成立独立的研发中心外，更侧重于与国内外高校实验室的联合。通过与高校实验室的技术与科研的交流与合作，整合高校技术资源优势，加强研发团队的科研水平，进一步提高产品的竞争力。比如利利普电子有限公司于2007年全资控股成立了利利普光电研究所有限公司，同时与包括浙江大学、英国Lancashire University在内的多所国内外院校和研究所建立科研交流与合作关系。如厦门利利普科技有限公司经过2年多的产品研发和市场研究，目前已自主研发生产了OWON品牌HDS手持数字存储示波表系列、PDS便携数字存储示波器系列产品。
目前市场上的数字示波器已经实现与计算机互联、共享数据，功能强大，但也有诸多不足，如价格昂贵、体积重量偏大、携带不方便等，而齐全的功能在很多的场合并不一定能够得到充分的应用，特别是面向学生，电子DIY等体，因此研究和开发出一种便携式，价格便宜，适应范围广的数字示波器显得非常重要。同时使学生通过便携式数字示波器的研究能够更加深入的了解示波器的工作原理，另外此项目可作为单片机的开发实例。给教师的教学提供极有利的帮助，为教学、科研有积极的推动的作用。
1.3 设计目标和设计内容
本课题的设计目标是：在参考国内外研究成果的基础上分析各类模拟及数字示波器的性能指标，设计一个基于单片机的便携式数字示波器，它具有便携，价格便宜，运行速度快，实时性强，测量精度高，稳定性好，智能化的特点。
本课题的设计内容主要有：
（1）在此基础上，设计基于单片机的便携式数字示波器，具体包括控制器、A/D 转换输入、人机接口模块。
（2）系统软件设计：利用keil c51编写并调试单片机的目标程序，并利用proteus 实现对软件部分的仿真与调试。
（3）用电子电路仿真与设计软件对硬件电路进行仿真与设计，并制成电路板。
（4）调试电路板，确认硬件部分无误后，将软件程序写到单片机中，进行系统级联。
基于单片机的数字示波器设计硬件电路设计
第二章硬件电路设计
2.1 总体研究思路
在对示波器工作原理了解的基础上，以单片机为控制核心，编写相应的控制程序，同时设计并制作硬件电路板，经过系列调试，最终完成整个系统的设计。
该数字示波器由5个部分组成：1、单片机微控制器部分；2、信号调理电路；3、A/D信号采集模块；4、人机接口及交互界面部分，包括LCD12864显示模块和功能键盘；5、波形存储模块。各模块如图2.1所示：
图2.1 系统原理图
2.2 AT89C52单片机简介
AT89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机[1]。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
单片机总控制电路如图2.2所示。
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