双通道数字存储示波器设计报告唐甜

1集成电路应用技术课程设计报告双通道数字存储示波器院（系）：自动化学院专业：自动化姓名：唐甜学号：080041432007年6月8日2一、题目要求：.......................................................................................................................3二、系统总体技术方案：.......................................................................................................3三、功能指标设计分析及要求满足：...................................................................................31、功能：.................................................................................................................................32、指标...............................................................................................................................3四、硬件设计选择：...............................................................................................................4（1）微处理器选择.................................................................................................................4（2）A/D模块.........................................................................................................................4(3)输入缓存：..........................................................................................................................4（4）输入调理模块：.............................................................................................................5(5)数据存储模块......................................................................................................................5(6)液晶显示模块..................................................................................................................6(7)按键操作模块................................................................................................................7五、软件设计：.......................................................................................................................7软件流程框图：.......................................................................................................................8数据存储和数据输出模块子流程：.......................................................................................9六、系统调试与测试方案.....................................................................................................101、软件调试...........................................................................................................................102、硬件调试...........................................................................................................................103一、题目要求：设计一个双通道数字存储示波器•功能：显示信号波形测量信号的幅值，频率信号触发捕捉、存储选择测量内容具有灵敏度调节•指标：信号幅度范围0.001～100V测量精度1%测量信号频率0.1～1MHz二、系统总体技术方案：现在的数字存储示波器一般都是由微处理器、数字存储器、A/D、D/A转换器为核心的，输入信号经过A/D转换器把模拟波形转换为数字信息，存储在数字存储器里；显示时，再把信号从存储器中读出，经D/A转换器转换为模拟波形显示。一般波形可显示点阵液晶显示器上，也可以通过接口与计算机接口，做成虚拟仪器。设计以单片机为处理中心，双通道通过两个输入调理模块进入高速A/D（A/D采样频率超过1MHz，以达到指标要求），波形用数字存储器来存储，分别选通奇偶地址来存储双通道。显示时，经D/A转换器还原，在输入到点阵液晶显示器显示。其中所有选择操作都用一个外置键盘来产生。三、功能指标设计分析及要求满足：1、功能：（1）显示信号波形：用点阵液晶显示器LM6023B实现。（2）测量信号的幅值，频率：是数字存储示波器的基本功能。（3）信号触发捕捉、存储：用专门的数字存储器存储波形。（4）选择测量内容：用微处理器通过读键盘按钮值来实现选择。（5）灵敏度调节：涉及到对大小不同信号的不同处理。对大信号进行衰减、对小信号进行放大。通过软件编程来实现，微处理器来控制在输入调理模块中的无源衰减网络、宽带放大/衰减器环节来达到灵敏度调节。2、指标：（1）测量精度1%：故每次测量误差要不超过100*0.01=1V可见要求还是不高的。若显示为8格（普通示波器标准），则要求显示幅度在--4到4V之间。（2）信号幅度范围0.001～100V：考虑到设计选用的A/D芯片AD9283的输入电压为-1~1V，故需要用多档程控增益放大来实现输入的保证-1~1V内。考虑到测量精度的要求，把显示--4到4V能输入到AD9283，故程控增益放大倍数要为0.25的倍数，取0.25，拟采用3级放大，放大倍数分别为：0.25、2.5、25。（3）测量信号频率0.1～1MHz：由于系统最大频率要求为1MHz,根据Nyquist定律,采样频率应该在2MHz以上。A/D芯片AD9283完全能满足，其最大采样频率能达到100MHz。4四、硬件设计选择：该硬件电路初步设想由微处理器、A/D、D/A转换器、输入调理、控制处理、数据存储、液晶显示和按键操作等模块组成。系统总体结构框图：（1）微处理器选择：CPU选择可有很多种方案，如考虑到速度，功效等，可采用高速单片机，也可以考虑节约器件和制作的麻烦度可选的芯片，如高性能的数据采集与处理系统芯片，有内置A/D转换器的芯片。一开始我想选用ADμC848作为控制处理核心。因为它具有高速度、高精度、大容量存储、低功耗等特点，主要是片内集成一个8通道最大采样频率可达1.3kHz的16位ΣΔADC,可以方便满足我们双通道输入的要求。但后来考虑到我们的要求1MHz的测量信号频率，而ADμC848片内集成ADC最大采样频率才1.3kHz，这样我们的输入调理模块就会很复杂和难以制作，故ADC最好用高速模数转换器。最后采用DS80C320高速单片机,它的单指令周期只需四个机器振荡周期完成;在相同的时钟频率下它的运行速度是51系列单片机的3倍,并且时钟频率可达40M。最重要的是它有2个数据指针DPTR0和DPTR1。两个数据指针的设置使得单片机对RAM的读写更加方便、快捷,进一步提高了单片机存取数据的速度，方便于我们双通道的应用。（2）A/D模块：由前面的分析知，我们要选用一片高速模数转换器(Analog-to-DigitalConverter,ADC),它要完成模拟信号到数字信号的转换,精度、速度指标决定了仪器的主要指标,因此选择、设计合适的高速ADC系统成为仪器设计的重中之重。最后选用的是AD9283，AD9283是一个8位的单片集成采样模数转换器,内置低成本、低功耗、易于使用的采保电路。它可以工作在100MSps的转换率,在整个工作范围内都有很好的动态性能。它的模拟带宽为475MHz,功耗为90mW,参考源为内部+1.25V基准电压或外接标准源,由+3.0V单电源供电。利用多个ADC,采用前端并行逐次采样,后端串行多路复用,从而大大提高了整个系统的速度。用两片AD9283来实现双通道的要求。(3)输入缓存：由于采用200MSps转换速率的ADC,采样时钟的相位相对于DSP读时钟是不断变化的,所以从ADC高速输出的数据需要进行缓存。而FIFO可以消除存取频率、相位之间的不匹配通道信号调理AD9283CH2CH1按键操作模块液晶显示模块LM6023BA/D9283A/D9283数据存储模块AT29C256D/AD/A5因素,保证数据传输的可靠性。ADC的采样数据以并行方式流入FIFO入口。数据采集原理：（4）输入调理模块：输入调理模块是硬件模块中最重要的部分。采用程控宽带信号调理模块。程控宽带信号调理模块由高阻输入无源衰减网络、宽带放大/衰减器、抗混叠滤波器组成,并且在本模块中要插入耦合方式、带宽限制、移位等可实现程控调理电路程控宽带信号调理模块原理图为了满足系统对信号调理要求,宽带放大/衰减分为三级,分别是前置放大级、可变增益放大/衰减级和驱动放大级。由前置放大级的放大倍率固定,可变增益放大/衰减级的控制通过串行数模转换器由微处理器控制,输出驱动级加入直流馈入,调整直流偏置电压。(5)数据存储模块系统采用大容量、非易失性存储器AT29C256作为主要数据存储模块,占用低32KB地址单元。AT29C256是一种只需单+5V电源的闪速在线可编程、可擦除只读存储器EPROM,前端信号调理前端信号调理A/D9283A/D9283AD9283FIFO1FIFO2调零校准/10衰减或直通X25/X2.5/X0.25可变增益放大/衰减驱动级增益电压偏置电压/10衰减或直通X25/X2.5/X0.256256K的存储器被组态为32768个8位字,由于采用了先进的非易失CMOS工艺制造技术,该器件存取时间短、功耗低。从器件中读取数据操作和静态RAM一样,但AT29C256的重编程和静态RAM则不一样,它是按页进行的,1次装入64B