一種新穎的簡(jiǎn)易多通道虛擬示波器的技術(shù)研究

摘要：本文通過(guò)LabVIEW虛擬實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種利用ATmegal6單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)RS232串行通信將數(shù)據(jù)傳送給 PC的簡(jiǎn)易虛擬示波器。用戶可以在開(kāi)發(fā)平臺(tái)上對(duì)數(shù)據(jù)采集參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整以及對(duì)波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)是擺脫了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的限制，具有多通道、方便、靈活等特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集、傳感器監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：虛擬示波器；串口通信；LabVIEW；ATmegal6

0 引言
虛擬儀器是基于PC技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的PC技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能超卓的處理器和文件I／O，使在數(shù)據(jù)導(dǎo)入磁盤的同時(shí)就能實(shí)時(shí)地進(jìn)行復(fù)雜的分析。為了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測(cè)量輸入波形的參數(shù)，本文采用自帶8路lO位ADC的單片機(jī)ATmegal6，結(jié)合簡(jiǎn)單的外圍電路，即可將輸入波形實(shí)時(shí)傳送給PC機(jī)進(jìn)行處理。通過(guò)PC機(jī)上虛擬儀器平臺(tái)LabVIEW開(kāi)發(fā)的上位機(jī)軟件對(duì)波形進(jìn)行顯示和處理，從而達(dá)到簡(jiǎn)易虛擬示波器的效果。

1 簡(jiǎn)易多通道虛擬示波器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
簡(jiǎn)易多通道虛擬示波器系統(tǒng)的原理方框圖如圖1所示，數(shù)據(jù)采集由主控芯片ATmegal6進(jìn)行，采集后的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232串口通信芯片Max232將 TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，提供與PC機(jī)的接口，將數(shù)據(jù)量傳送給PC機(jī)的LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)上位機(jī)軟件接收來(lái)自串口的數(shù)據(jù)，經(jīng)校驗(yàn)等處理后通過(guò)波形顯示控件將采集到的波形顯示出來(lái)。同時(shí)單片機(jī)能接收上位機(jī)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)，從而控制數(shù)據(jù)采集的速度和精度以及采集的通道。


1．1 數(shù)據(jù)采集電路
ATmegal6單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)的基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。ATmegal6有如下特點(diǎn)：16k字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1k字節(jié)SRAM，32個(gè)通用I／O口線，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(T／C)，片內(nèi)／外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口，8路1O位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP封裝)的ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器。一個(gè)SPI串行端口，以及六個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。
本設(shè)計(jì)正是利用ATmegal6的8路1O位可編程增益的逐次比較型ADC及可編程異步串行接口的內(nèi)部資源，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)的難度及編程難度。采樣電路的電路圖如圖2所示，ATmegal6只需結(jié)合簡(jiǎn)單的晶振電路和復(fù)位電路就可以完成本設(shè)計(jì)的需求。模擬信號(hào)通過(guò)8路模擬輸入的任意端口輸入即可，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部程序控制，很容易就將輸入模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。單片機(jī)再通過(guò)串行接口傳輸給PC機(jī)，串行通信通過(guò)串行發(fā)送引腳TXD(PD1)和串行接收引腳 RXD(PD0)連接串行通信接口電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳送與接收。