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1、简易数字存储示波器设计报告摘要本设计分为四个模块，分别是：信号前向调整模块，数据采集模块，数据输出模块和控制模块。信号前向调整模块采用高速低噪音模拟开关(MAX4545)和宽带运算放大器(MAX817)构成可编程运算放大器，对幅度不等的输入信号分别进行不同等级的放大处理。数据采集模块采用可编程器件(EPM7128SLC84-15)控制高速Ａ／Ｄ(TLC5510)对不同频率的输入信号分别以相应的采样速度予以采样，并将采样数据存在双口ＲＡＭ(IDT7132)中。数据输出模块采用另一片可编程器件(EPM7128SLC84-15)控制两片Ｄ／Ａ(D
2、AC0800)分别输出采样信号和锯齿波,在示波器上以Ｘ－Ｙ的方式显示波形。控制模块以AT89C52单片机为控制核心，协调两片可编程器件的工作，并完成其它的测量，计算及控制功能。一．总体方案设计与论证：方案三：采用AT89C52单片机作为控制核心，采用可编程器件（ALTERA公司的EPM7128SLC84-15）来实现对数字系统的控制。由于可编程器件的工作频率很高，所以用它控制高速Ａ／Ｄ工作是合适的，同时又有着MAXPLUSII这样强大的软件予以支持，所以设计调试都会变得十分方便。为了稳定实时的显示波形，必须使采样数据输出与扫描信号同步，同时
3、扫描速度要快，所以也应该用可编程器件来控制波形数据的输出。由于EPM7128SLC84-15的硬件资源不是十分丰富，为了以后功能扩展方便，所以我们选用了两片该器件分别控制着模拟信号的采样以及采样数据的输出，用单片机控制并协调它们之间的工作。系统框图如下：显示器键盘触发电路Ａ／ＤＤ／ＡAT89C52８２５５锯齿波ＥＰＭ７１２８ＥＰＭ７１２８X程控放大电路普通示波器高速Ａ／Ｄ电路Ｄ／Ａ输出电路双口ＲＡＭ信号选择信号调整电路ZY信号二信号一二．单元电路的设计与论证1．信号前向调整模块的设计：为了使不同幅度的输入信号都能被Ａ／Ｄ所采样，所以在采样电
4、路的前端应对输入信号进行一定的放大／衰减。由于我们所选用的Ａ／Ｄ（TLC5510）电路的输入动态围为0.59V~2.59V，即当输入0.59V的直流信号时，Ａ／Ｄ输出为00H，输入2.59V的直流信号时输出为FFH，而Ｄ／Ａ(DAC0800)电路输出为0~5V,所以当A/D的输入信号峰峰值为2V时,设示波器的垂直灵敏度定在0.5v/div,那末Y轴显示10格(实际上Y轴只有8格),这相当于将输入信号放大了2.5倍。为使垂直灵敏度为1v/div，即在示波器上Y轴显示两格，则输入信号需要衰减５倍，同理可得当垂直灵敏度为0.1V/div和0.01
5、V/div时前向通道需要放大2倍和20倍。由于A/D本身的输入动态围就很小,为了保护ＡＤ，所以在ＡＤ前端加入了５倍衰减，因此程控放大倍数应分别为１倍，１０倍，１００倍。Vin方案三：采用高速低噪声模拟开关MAX4545选择不同的反馈电阻和模拟运算放大器MAX817构成标准的反相运算放大器来实现。MAX817的单位增益３ＤＢ截止频率为５０ＭＨＺ，可保证对频率小于５０ＫＨＺ的信号进行１００倍放大。将MAX4545的四根控制线接在最小系统的扩展接口上，即8255的PA0~PA3，控制信号与放大倍数的对应关系如下表：PA3~PA0放大倍数10001
6、0100100010200001100电路如下图：２．高速数据采集模块的设计与论证： 该模块由三部分组成，分别是：高速Ａ／Ｄ，控制电路和存储电路。１）Ａ／Ｄ的选择：根据题目要求垂直分辨率为32级/div,示波器上共8格，即要分为256级，因此可选用8位A／D。又由于水平分辨率为20点/div,所以对应于三档扫描速度0.2s/div,0.2ms/div,20us/div的采样速度应分别是100HZ，100KHZ和1MHZ。分析如下：设扫描速度为Ｘs/div,要求水平分辨率为２０点／div,所以每点的取样时间间隔为X/20s,即取样信号的频率为
7、20/XHZ。因此，当要求三档扫描速度分别为0.2s/div,0.2ms/div,20us/div时，相应的三档采样频率应分别是100HZ，100KHZ，1MHZ。但是，从100HZ到100KHZ的跨度太大,不利于中间频段信号的显示，因此我们又多加了1KHZ和10KHZ两档扫描速度。由于最高采样速率达到１ＭＰＳ，所以普通的Ａ／Ｄ难以满足要求，因此我们选用了ＴＩ公司的８位ＣＯＭＳADCTLC5510。该芯片用单5V供电，转换速率最高可达到20MPS，部带有采样保持电路和基准电阻。该芯片的最大优点就是速度快，控制简单，适用于可编程器件控制。Ａ／
8、Ｄ电路如下：该Ａ／Ｄ电路的输入信号的动态围很小为0.59V~2.59V。为了将动态围扩展至0~10V，需在其前级加入如下调整电路。该电路除了对输入信号进行5倍衰减外，还在输入信号
