基于S12的簡(jiǎn)易數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)方案
1.引言
本文的設(shè)計(jì)方案中的數(shù)字示波器是對(duì)傳統(tǒng)高速電子束示波器的改進(jìn),它能對(duì)被測(cè)周期信號(hào)或單次非周期信號(hào)進(jìn)行一次采集與儲(chǔ)存,便于分析波形。
目前對(duì)于數(shù)字示波器已經(jīng)有比較豐富的研究,但有時(shí)在開發(fā)設(shè)計(jì)中只需要中低端數(shù)字示波器即可達(dá)標(biāo)。針對(duì)此本文給出了一種簡(jiǎn)易數(shù)字示波器的制作設(shè)計(jì)方案,盡可能采用數(shù)字電路,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單測(cè)量結(jié)果可靠且具高分辨率和低誤差的特點(diǎn)。
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)方案以S12單片機(jī)為主控芯片,通過程控放大電路將信號(hào)衰減放大后經(jīng)TLC5510采樣送入FIFO芯片進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)和整形電路,然后S12從FIFO讀取數(shù)據(jù),進(jìn)行處理后將波形和峰峰值在LCD上進(jìn)行顯示,另一方面從整形電路輸入S12測(cè)頻,并將頻率顯示在液晶屏上。
2.1 硬件設(shè)計(jì)
硬件設(shè)計(jì)包括程控放大、高速AD轉(zhuǎn)換與FIFO存儲(chǔ)、時(shí)鐘電路和電源,整形電路與單片機(jī)處理四個(gè)電路模塊,各模塊間聯(lián)系如下:
2.1.1 程控放大模塊
程控放大的作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行衰減或放大調(diào)整,使輸出信號(hào)電壓在AD轉(zhuǎn)換器輸入電壓要求范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)采用LM6172運(yùn)放組成多級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)信號(hào)的縮放,通過ULN2003驅(qū)動(dòng)電磁繼電器,由單片機(jī)決定衰減系數(shù)。最后加上基線電壓(AD轉(zhuǎn)換器輸入中點(diǎn))以調(diào)整信號(hào)幅度在AD轉(zhuǎn)換器采樣范圍內(nèi),送到AD芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)換和整形電路,分別進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和將處理信號(hào)轉(zhuǎn)化成方波信號(hào)以便MCU測(cè)頻。
2.1.2 高速AD轉(zhuǎn)換與FIFO存儲(chǔ)模塊
AD轉(zhuǎn)換器將被測(cè)信號(hào)采樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存入存儲(chǔ)器,決定數(shù)字示波器所能測(cè)量的最高頻率,根據(jù)乃奎斯特定理,采樣頻率至少是被測(cè)信號(hào)最高頻率的2倍才能再現(xiàn)出被測(cè)信號(hào)。而在數(shù)字示波器中采樣頻率至少應(yīng)該是被測(cè)信號(hào)頻率的5~8倍才能還原信號(hào)的波形。為了滿足對(duì)高頻信號(hào)的采集,選用了8位TLC5510AD轉(zhuǎn)換芯片。
FIFO(先進(jìn)先出存儲(chǔ)器)作為AD轉(zhuǎn)換與單片機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)緩沖,具有3個(gè)標(biāo)志引腳FF(滿標(biāo)志)、HF(半滿標(biāo)志)和EF(空標(biāo)志)。MCU根據(jù)這三個(gè)標(biāo)志,當(dāng)滿時(shí)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并禁止AD采樣時(shí)鐘,半滿時(shí)繼續(xù)采樣,空時(shí)則等待讀取數(shù)據(jù)。由于AD轉(zhuǎn)換較快,可在AD與FIFO間加入74VHC574鎖存器數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存緩沖后送入FIFO.
2.1.3 時(shí)鐘電路和電源模塊
時(shí)鐘電路為AD轉(zhuǎn)換器提供采樣時(shí)鐘信號(hào),對(duì)于1MHz以內(nèi)的信號(hào),本設(shè)計(jì)以20MHz晶振為基準(zhǔn),采用計(jì)數(shù)器組成的分頻電路得到一系列不同的采樣周期,分別為20MHz、10MHz、5MHz、1MHz、500KHz、100KHz、10KHz、1KHz和500Hz共9種,分別對(duì)應(yīng)著不同的水平掃速。由單片機(jī)通過數(shù)據(jù)選擇器74F151選擇不同的采樣時(shí)鐘用于AD轉(zhuǎn)換采樣信號(hào)。
為達(dá)到簡(jiǎn)單方便的目的,本設(shè)計(jì)各模塊均采用±5V電源供電,電源模塊是將220V交流電通過變壓器后經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成±5V直流穩(wěn)壓電,其中程控放大要用到運(yùn)放,所以要用到±5V雙電源,其它模塊+5V穩(wěn)壓源能達(dá)到要求。
評(píng)論