1、河北科技大學課程設計報告學生姓名：學號：專業班級：電子信息工程班課程名稱：微機接口技術課程設計學年學期：20142015學年第二學期指導教師：王震洲2015年7月課程設計成績評定表學生姓名學號成績專業班級起止時間2015年7月6日一7月10日設計題目數字存儲示波器設計指導教師評語指導教師：一、課程設計目的及意義1二、課程設計任務及要求1三、設計內容與步驟1四、硬件電路設計2五、程序設計7六、數字頻率示波器調試11七、課程設計總結及體會13附錄：、接口實驗卡電路原理圖14、課程設計目的及意義數字存儲示波器是常用的電子測量儀器之一，其中采用的轉換、轉換及數據處理技術與微機接口技術課程內容聯系緊密。

2、通過本設計，學生可掌握、轉換電路的設計和調試方法，培養學生分析解決實際問題的能力。二、課程設計任務及設計要求本設計通過簡單的轉換接口電路，配合匯編語言程序設計，實現最基本的信號波形采集與存儲，并通過簡單的轉換接口電路，將存儲的數據還原為信號波形，在普通示波器的屏幕上顯示出來。被測信號產生電路參見“、接口實驗擴展卡電路原理圖”。當按下S1時，電容C5完全放電，轉換器輸入電壓為零；抬起S1時，電容C5開始充電，轉換器輸入電壓按過渡過程開始上升，最終達到+5V。圖中時間常數約為10,整個充電過程需要35倍的時間常數時間。設計要求使用轉換器捕捉電容C5充電的完整過程，并將采樣數據存儲起來。然后依次將采

3、樣數據通過轉換器循環輸出，產生一定頻率的重復波形，送到普通示波器顯示。基本要求：使用一個轉換器通道，將信號波形施加到示波器的Y軸，X軸掃描信號由示波器產生并調節，實現充電過程的波形穩定顯示。發揮部分：將示波器調整在方式，采樣數據的轉換器輸出接到Y軸輸入端，增加一個轉換器通道，產生頻率可變的X軸掃描信號，接到示波器X軸外部輸入端，使充電過程的波形穩定顯示。三、設計內容與步驟1、數字存儲示波器原理分析由于單片機實驗系統已經提供了相關信號線，使用0809、0832和相關外圍電路元件，組成了最基本的轉換和轉換電路。可由0809負責采集電容C5充電時的信號，并將其轉換為數字信號，并存儲。0832將存儲的

4、數字信號，轉換為模擬的電壓值，再將其設置為循環輸出，產生一定頻率的重復波形，送到普通示波器顯示。2、數字存儲示波器總體結構框圖二-隼的號-來到信皿080ft船體方案設計，0832圖1總體方案設計四、硬件電路設計1、0809工作原理0809是帶有8位轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的組件它是逐次逼近式轉換器，可以和單片機直接接口。(1) 0809的內部邏輯結構0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個轉換器和一個三態輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用轉換器進行轉換。三態輸出鎖器用于鎖存轉換完的數字量，當端為高電平時，才可以從三態輸出

5、鎖存器取走轉換完的數據。1IN3IMZEM4EST1FbT5TWOJN6ATM7nSTCEOCAL.EJJ3n?OE】MCLKnsveon4VRFF-bDOOTsmVRFLT-DIJ>2Z27326425524623Z2Z19201OLO111812.17】：、l<i-+L5圖20809弓I腳圖(2)0809原理及使用0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0-5V,若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A,B

6、,C三條地址線的地址信號進行鎖存，經譯碼后被選中的通道的模擬量進入轉換器進行轉換。A,B和C為地址輸入線，用于選通07上的一路模擬量輸入。數字量輸出及控制線：11條為轉換啟動信號。當上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行轉換；在轉換期間，應保持低電平。為轉換結束信號。當為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行轉換。為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉換得到的數據。=1,輸出轉換得到的數據；=0,輸出數據線呈高阻狀態。D7D0為數字量輸出線。為時鐘輸入信號線。因0809的內部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500。數字輸出為電平，三態輸出，時

7、鐘頻率一般為640（典型），轉換時間為100pS,輸入電壓范圍：0V,轉換方式為逐次逼近式，輸出：NbVIN-VREF255VREFVREF2、0832工作原理0832是采樣頻率為八位的轉換芯片，集成電路內有兩級輸入寄存器，使0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要（如要求多路異步輸入、同步轉換等）。轉換結果采用電流形式輸出。若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現。運放的反饋電阻可通過端引用片內固有電阻，也可外接。0832邏輯輸入滿足電平，可直接與電路或微機電路連接。（1）0832內部結構圖30832內部結構及引腳圖0832的內部結構

8、如圖3所示。0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的鎖存信號為；第二級鎖存器稱為寄存器，它的鎖存信號為傳輸控制信號XFER。因為有兩級鎖存器，0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號的同時采集下一個數字量，這樣能有效地提高轉換速度。止匕外，兩級鎖存器還可以在多個轉換器同時工作時，利用第二級鎖存信號來實現多個轉換器同步輸出。圖3中為高電平、CS和WR為低電平時，LE1為高電平，輸入寄存器的輸出跟隨輸入而變化；此后，當WR由低變高時，LE1為低電平，資料被鎖存到輸入寄存器中，這時的輸入寄存器的輸出端不再跟隨輸入資料的變化而變化。對第二級鎖存器來說，XFER和WR同時為低電平

9、時，LE2為高電平，寄存器的輸出跟隨其輸入而變化；此后，當WR2由低變高時，L巳變為低電平，將輸入寄存器的資料鎖存到寄存器中。(2) 0832原理及使用數字量的值是由每一位的數字權疊加而得的，由電阻網絡和運算放大器構成的轉換器.在轉換中采用獨立的權電阻網絡，對于一個8位二進制數的轉換器，就需要R,2R,4R,，128R共8個不等的電阻，最大電阻阻值是最小電阻阻值的128倍，而且對這些電阻的精度要求比較高。如果這樣的話，從工藝上實現起來是很困難的。所以，n個如此獨立輸入支路的方案是不實用的。在電路結構中，最簡單而實用的是采用T型電阻網絡來代替單一的權電阻網絡，整個電阻網絡只需要R和2R兩種電阻。

10、在集成電路中，由于所有的組件都做在同一芯片上，電阻的特性可以做得很相近，而且精度與誤差問題也可以得到解決。圖4是采用T型電阻網絡的4位轉換器。4位元待轉換資料分別控制4條支路中開關的倒向。在每一條支路中，如果(資料為0)開頭倒向左邊，支路中的電阻就接到地；如果(資料為1)開關倒向右邊，電阻就接到虛地。所以，不管開關倒向哪一邊，都可以認為是接“地”。不過，只有開關倒向右邊時，才能給節點B的左邊也是兩個2R的電阻并聯，它們的等效電阻也是R,，依次類推，最后在D點等效于一個數值為R的電阻接在參考電壓上。這樣，就很容易算出，C點、B點、A點的電位分別為2,4,8。在清楚了電阻網絡的特點和各節點的電壓之

11、后，再來分析一下各支路的電流值。開關S3,S2,S1,S0分別代表對應的1位二進制數。任一資料位1,表示開關倒向右邊；0,表示開關倒向左邊，接虛地，無電流。當右邊第一條支路的開關S3倒向右邊時，運算放大器得到的輸入電流為(2R),同理，開關S2,S1,S0倒向右邊時，輸入電流分別為(4R),(8R),(16R)。如果一個二進制數據為1111,運算放大器的輸入電流(2R)(4R)(8R)(16R)(2R)(20+2-1+2-2+2-3)(24R)(23+22+21+2。相應的輸出電壓V000(24R)(23+22+21+2。將資料推廣到n位，輸出模擬量與輸入數字量之間關系的一般表達式為:V00/

12、(2)(121222+121020)(1或0)上式表明，輸出電壓V0除了和待轉換的二進制數成比例外，還和網絡電阻R運算放大器反饋電阻RR標準參考電壓有關。0832是采用工藝制成的單片直流輸出型8位數/模轉換器。如圖5所示，它由倒T型2R電阻網絡、模擬開關、運算放大器和參考電壓四大部分組成。運算放大器輸出的模擬量V0為：匕按*J1Id2由上式可見，輸出的模擬量與輸入的數字量()成正比這就實現了從數字量到模擬量的轉換。圖50832直流輸出型8位數/模轉換器8位轉換器有8個輸入端(其中每個輸入端是8位二進制數的一位)，有一個模擬輸出端。輸入可有28=256個不同的二進制組態，輸出為256個電壓之一，

13、即輸出電壓不是整個電壓范圍內任意值，而只能是256個可能值3、硬件設計思路由于本次課設利用現有的單片機實驗系統板，系統板已經提供了相關信號線及0809、0832和相關外圍電路元件，組成了最基本的轉換和轉換電路。所以此次設計就變得相對簡單。可由0809采集電容C5充電時的信號，并將其轉換為數字信號，并存儲。0832將存儲的數字信號，轉換為模擬的電壓值，再將其設置為循環輸出，產生一定頻率的重復波形，送到普通示波器顯示五、程序設計1、數字存儲示波器程序設計根據數字存儲示波器的基本工作原理編寫實驗程序，實現觸發點的捕捉、被測信號的采集和數據的存儲以及信號波形的再現功能。參考程序流程如下:50H);設定

14、程序“開始”部分是初始化內容，包括指定堆棧指針（例如:采集數據的存儲首地址，本設計為單片機外部的C000H“數據采集”部分包括啟動轉換、執行延時程序（延時時間可設定在200小s）等待轉換結束、取回轉換結果，為S1是否按下提供參考數據。“S1按下嗎？”部分為按鍵S1是否按下判斷程序。本設計采用上升沿觸發方式，S1按下時產生下降沿。當采樣數據大于判斷點（例如：20沙時，表明按鍵尚未按下，當采樣數據小于觸發點時，表明按鍵已經按下，轉入觸發檢測環節，循環存儲采樣數據。當采樣值重新上升到大于或等于觸發點數據時，便認為觸發信號到來，轉入下面的采樣程序。“采集并存儲”部分包括啟動轉換、執行延時程序等待轉換結

15、束、取回轉換結果并存儲到C000H開始的中和存儲器地址加1,為下次存儲做準備等程序。其中延時程序決定了數據采樣周期，采樣周期（延時時間）可初步設定在200仙s,全部程序調試完成后，再嘗試改變采樣周期，觀察采樣周期變化對重現被測信號波形的影響，并說明原因。本設計數據存儲深度為256字節，存滿256字節后自動從頭開始刷新。可用做數據指針，利用指令實現在C000+C0之間自動循3o“有觸發嗎？”部分為觸發點（觸發點數據要大于等于S1按下判斷點數據）判斷程序。本設計采用上升沿觸發方式，當采樣數據小于觸發點時，表明按鍵按下尚未抬起，繼續循環存儲采樣數據。當采樣值上升到大于或等于觸發點數據時，表明按鍵按已

16、抬起，便認為觸發信號到來，轉入下面的采樣程序。“設定存儲字節數”程序將觸發后的采樣點數設定在128個字節。接下來的“采集并存儲”部分與前面敘述的完全相同。“完成嗎？”判斷128個字節的采樣是否完成，如果完成就進入下面的轉換程序。這樣在256個字節的存儲器中，就包含了觸發前、后各128字節的采樣數據，可完全記錄電容C5充電前后的電壓變化波形。“設定初始地址”部分將數據指針（例如：）重新設定在C000H”輸出存儲的數據”程序將數據存儲器中的采樣值送到轉換器輸出。“地址+1”程序修改數據指針的低8位地址，使數據存儲器地址在C000+C0之間自動循環。這樣便可以通過轉換器反復重現電容C5充電過程的完整

17、波形，實現存儲波形的穩定顯示。2、參考程序:(1)、基本程序清單:0100H地址機器碼#0F006H0100H90F006;初始化P2#0C0H0103H75A0C0R0#00H0106H78000108H120300C010C3判斷有鍵是否按下沒鍵按下繼續判斷有鍵按下存儲數據20010B42000:01050F7;P1:0111H12030000114HF2R00115H08C0116HC3判斷按鍵是否抬起按鍵不抬起繼續判斷按鍵抬起有鍵抬起存儲128個充電數3020117HB43000;P2:P101140F5;P20C0H01175A0C0;R380H0117B80P3:0121H1203

18、0000124HF2R00125H08R330126HF9P20C0H0128H75A0C0轉換部分R000H0127800P4:0F800H01290F80000130HE20131HF0R00132H08P40133H80F8;無限循環子程序:0300H:0F006H0300H90F006轉換子程序0303HF00304H1204000307HE00308H22延時子程序:0400HR632H0400H7E32;延時子程序R6,$0402H0403H22發揮部分將部分改為:P20C0H0128H75A0C00127800R000HR500H0127D00P4:0F800H012E20130

19、H90F8000133HF00F400H0134H90F400R0R5P401380F20137H0138HF00139H080130D六、數字存儲示波器調試1、硬件電路調試及方法圖1中2為參考電壓調節電位器，3為1輸出的調零電位器，1為1輸出的滿度調節電位器。4為參考電壓調節電位器，5為0809的7輸入電壓調節電位器。可以通過1-3改變參考電壓的極性（1-3閉合時為-5V）。2、程序調試方法及過程存儲示波器的硬件電路調試分為和兩個部分，參見附錄電路原理圖。轉換器部分只要調節4使基準電壓2為最大值（）即可。轉換器部分，首先調節2和1-3,使基準電壓1為-5.00V。然后向轉換器寫入00H,調節

20、3,使1輸出電壓為0V;再向轉換器寫入，調節1,使1輸出電壓為5.00V。存儲示波器的控制程序可分為三個步驟進行調試：（1）轉換部分調試。無條件循環執行數據采集和存儲程序，分別在S1按下和抬起狀態終止程序的執行（按鍵），觀察存儲器中采集到的數據是否全部為00H或。如果是，則說明轉換和數據存儲程序工作正常，否則說明轉換和數據存儲程序沒有正常工作。(2)轉換部分調試。將存儲器中輸入一些有規律的數據，例如多個和，循環執行轉換程序，看示波器中是否有對應的高、低電壓波形出現。如果有，則說明轉換程序工作正常，否則說明轉換程序沒有正常工作。(3)觸發點捕捉部分調試。連續執行全部程序，在不斷的按下和抬起S1時

21、，按下鍵，根據當前的值，確定程序終止在哪個部分的循環程序中，判斷相關指令的使用是否正確。在程序調試期間出現了很多問題：在S1按下和抬起狀態終止程序的執行(按鍵)，觀察存儲器中采集到的數據不全部為00H或，既沒有采集到數據，導致不能循環輸出存儲器中采集到的數據，經過仔細分析采集數據和存儲的過程，發現跳轉的偏移量計算錯誤。糾正錯誤后C000H里儲存的數據變化正確，但示波器中波形出現是干擾波，不是理想充電波形。通過單步執行程序發現在輸出的時候，程序機器碼查錯了，經過調試終于出現了預期的波形。充電過程波形發揮部分波形七、課程設計總結及體會此次課程設計，我學到了很多課內學不到的東西。在設計過程中應用到了實驗中的、轉換實驗，前面的實驗基礎對這次課設有很大