PIC24HJ128GP306A单片机简易数字示波器的设计方案
介绍了系统总体设计的体系结构,以及硬件和软件的具体实现。输入信号经过预处理租AD转换后,传输到单片机,利用键盘做功能设置,在LCD上把波形显示出来,实现信号的实时采样、数据处理以及显示控制等简易数字示波器功能。此系统方案规模小、性能稳定、实现方便、价格低廉,具有一定的实用价值。咨询电话:010-57792822;手机:13466687255。
总体设计
表征示波器的一些关键技术指标有:采样率、存储容量、触发类型、带宽、分辨率等。采样率定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,采样率的倒数是采样周期,它表示采样之间的时间间隔。采样率可分为实时采样率和等效采样率,实时采样率指单次采样所能达到的最大采样率,等效采样率指用多次采样得到的信号共同完成信号的重建。
PIC24HJ128GP306A存储容量指获取波形的取样点的数目,用直接存放AD转换后数据的获取存储器的存储单元数来表示记录时间、取样速率以及存储深度三者之间的关系。示波器的存储容量越大,采样数据的能力越强,更善于捕获像毛刺这类通常偶尔发生的信号。
触发常见的类型有上升沿触发和下降沿触发,即通过指定的极性和电压电平识别波形的触发,设定一个适当的触发电平以后,触发电路开始捕捉触发脉冲,完成数据采集。显示出来的波形是以信号的某个上升沿或某个下降沿为触发参考点的。作用是保证每次采集的数据,都是从输入信号上的一个精确确定的点作为参考点来显示,有利于显示波形重复且稳定,如果没有触发电路,在屏幕上看到的将是杂乱无章的波形。
分辨率分为垂直(电压)分辨率和水平(时间)分辨率,反映了信号波形的细节特性。
PIC24HJ128GP306A转换器通过把采样电压和参考电压进行比较来确定采样电压的幅度。构成AD转换器所用的比较器越多,AD转换器可以识别的电压层次也越多,这个特性称为垂直分辨率,垂直分辨率越高,则示波器上的波形中可以看到的信号细节越小。
硬件设计
硬件电路由七部分组成:输入程控放大电路、采样电路(高速AD转换电路)、FIFO存储电路、触发电路、显示控制电路、时钟产生电路和测频与控制电路。其中程控放大电路、采样电路和显示控制电路是主要的三部分。程控电路是将波形幅值通过比例缩放显示在屏幕上,之后在周边加上标尺注明,将波形调整到合适的采集范围。采样电路负责采集,它的核心为AD转换器,采样信号经过AD转换器,传输到单片机,由单片机处理以及显示控制电路。显示控制电路负责按照要求的形式显示被测信号的波形。
PIC24HJ128GP306A的每个时钟周期进行一次DA转换,采样率就是时钟频率,可以方便地通过控制采样时钟来控制采样率,而且
ADS830E的输入电压幅度是可以编程控制的,RSEL引脚为控制引脚,当置高电平时,ADS830E的输入电压范围是1.5~3.5V,即2Vpp;当置低电平时,输入电压范围是2~3V,即1Vpp。
由程控放大电路调整后的信号分成两路,一路进入AD转换电路进行采样,采样所得的数据由74LVC574锁存缓冲后送入FIFO存储器。在AD转换器与PIC单片机之间加入FIFO的作用是起到高速数据缓冲的作用,因为AD转换器的最高工作频率为60MHz,远高于单片机的工作频率,所以让FIFO与AD转换器同步工作存储AD转换器的转换输出数据,当FIFO存储器存满后引脚被拉高,通知单片机进行数据读取,这时单片机禁止AD转换器与FIFO存储器的时钟使能信号,FIFO的控制权交给单片机。