便携式多功能虚拟示波器设计

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1、便携式多功能虚拟示波器设计便携式多功能虚拟示波器设计便携式多功能虚拟示波器设计DesignofPortableMultifunctionalVirtualOscilloscope郑兴凯李宇成郑勇(北方工业大学模糊控制与智能装置研究室,北京100041)摘要给出了一个简单便携式虚拟示波器及信号发生器的设计方法,从软件到硬件两方面做了详细阐述.采用新一代高度集成的C8O51F02O为核心设计的数据采集板和由VB编写的上微机软件可以简单的实现8通道的信号测量和多种信号输出.关键词:虚拟示波器,信号发生,数据采集,C8o

2、51F020AbstractThisPapergivesadesignmethodologyofsimpleportablevirtualoscil!oscopeandsignalgenerator.andexplaineditssoftwareandhardwareexplicitly.ThesystemiscomposedofdataacquisitionboarddesignedmostlybyanewgenerationofhighlyintegratedC8051F02Oandsoftwareprepa

3、redbyVisualBasic.Itcaneasilycollectsignalsfromeightchannelsandexportmultiplesignals.Keywords:virtualoscilloscope.signalgenerator,datacollection.C8051F020虚拟示波器一般由一块基于PCI总线的多功能数据采集卡和相应的软件及一台具有PCI插槽的电脑组成,这种组成的虚拟示波器比较累赘,装卸不便.具有USB接口的虚拟示波器则有着携带和使用方便的优势.1虚拟示波器总体设计便

4、携式虚拟示波器由具有USB通讯接El的数据采集板和相应的软件及一台电脑组成.数据采集板能实现8通道的数据采集,2通道的数据输出,能输出各种常用波形.与计算机之间通过USB接口进行数据通讯,支持热插拔,可以方便地实现数据采集卡与计算机之间的连接和断开,计算机可采用具有便携功能的笔记本电脑或台式机.数据采集卡实现的主要功能是一方面将模拟电压信号转换成数字信号,并且通过USB接El发送给计算机;另一方面,通过USB接El接收计算机发送的数字信号并且将此数字信号转换成模拟信号输出.数据采集通道的原理是:将外部范围为一5-

5、+5V的输入电压通过变换电路转换成范围为0-3V的可供AD转换器转换的电压,再经过AD转换器转换成计算机可识别的数值,然后将数字通过串口转USB电路发送给计算机;数据输出通道的原理是:通过串转USB电路接收计算机发送来的数字信号,然后通过DA转换器将数字信号转换成0-3V的模拟信号,最后通过电压变换电路将0～3V的电压转换成范围为-5-+5V的电压.数据采集卡硬件电路结构如图1所示.o2o图1数据采集卡硬件电路结构2虚拟示波器硬件设计2.1微控制器的选择数据采集卡的微控制器采用SiliconLaboratorie

6、s公司的C8051F02O,此单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC),具有与MCS一51完全兼容的指令内核,具有高速,流水线结构,可达25MIPS.具有全速,非侵入式的系统调试接口,方便程序的下载,调试;具有真正12位,100Ksps的8通道ADC,带PGA和模拟多路开关,可以满足数据采集卡模数转换的需要;两个12位DAC,具有可编程数据更新方式,可以满足数据采集卡数模转换的需要;64K字节可在系统编程的FLASH存储器,以及4352字节的片内RAM,足可满足软件编程需要;两个UART串行接口方便单片机和

7、计算机的通讯.C8051F020的ADC0子系统包括一个9通道的可编程模拟多路选择器(AMUX0),一个可编程增益放大器(PGA0)和一个100Ksps,12位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC,ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗El检测器.只有当ADC0控制寄存器中的ADOEN位被置"1"时ADC0子系统(ADC0,跟踪保持器和PGA0)才被允许工作.当ADCOEN位为"0"时,ADC0子系统处于低功耗关断方式.ADC0的电压基准选用外部电压基准,通过AS1117得到3.OV参考电压,连接到ADCO的外部基准电压

8、输入引脚VREF0,这样ADC0的可转换范围为0~+3V.C8051F020器件有两个片内12位电压方式数/模转换器(DAC).每个DAC的输出摆幅均为0V到(VREF一1LSB),对应的输入码范围是0x000到0xFFF.可以用对应的控制寄存器DACOCN和DAC1CN使能/禁止DAC0和DAC1.在被禁止时,DAC的输出保持在高阻状态,DAC的供电电流降到1或更小.D