基于单片机的示波测试技术

吕彦珂

辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的示波测试技术

吕彦珂

辽宁锦州渤海大学工学院

示波器作为测量电子图示中的一种重要的器件，在进行电子测量中需要对示波器的使用进行合理的把握，这是十分重要的，本论文主要介绍了基于单片机示波器的测试技术的相关理论，而且同时对示波器的设计进行了实现。

示波器 测试 单片机

1 引言

目前主流的模拟示波器功能比较全面，但是它的价格不菲，体积较大且重量重、购买成本高等一些问题在应用中受到了一定限制。对于大多数学生以及教学组织来说。利用示波器主要是进行一些理论性的测试与实验。高精度专业性的示波器在日常使用中的作用不是很必要，所以为此本文尝试设计出了一种便携式数字存储示波器，它采用的是LCD显示屏、高速采集与转换、FIFO以及单片机来实现一些实用的功能。

2 示波测试中异常现象

示波测试技术主要用到的是通过示波器进而实现跟电量以及非电量相关的进行分析，而且这种分析体现的是一种定性方面的分析以及测量上是定量的，示波测试在电子测量中使用十分的广泛，而且涉及的领域也是很多的。在对示波器进行使用的时候如果技巧上掌握不当的话，那么很容易会引起测试的异常，会由于操作的失败从而导致调节的错误。在使用过程中，如果操作者不甚了解示波器的基本原理和示波器使用规范，就会出现因错误调节而造成异常现象发生。

2.1 屏幕上没有光点或图像

当将示波器打开开机进行预热之后会对辉度的旋纽进行调整，从屏幕中如果光点或者相关的图像没有产生的话，那么这就意味着光点甚至是图像远离了屏幕。当把y轴进行移位而且将X轴移位后放在中间的位置上时候，那么可以发现出现的光点或图像。然而如果y轴的平衡电位器没有置于适当的位置，那么这很容易引起调节不当，这个时候光点或图像可能会在屏幕之外。这个时候把y轴移位的旋纽放在中间的位置。然后再对电位器进行位置调整，这样可以让光点在屏幕的中间出现。

2.2 垂直方向的电压读数不准

当信号正确的校正之后，就能够根据开关上面的指示值以及屏幕上的一些图形将信号的幅度进行读取，然而电压的读取可能有的时候会不太准确，这个主要是由于一些因素的存在。校正的时候采用的是校正信号，那么灵敏度微调旋纽的位置应该是放在校正的地方。

3 简易数字示波器的工作原理

关于硬件的设计部分系统中的电路主要是通过单片机进行控制的。系统的硬件部分的设计主要是由几个部分组成的，主要包括了数字模拟转换电路以及存储电路、显示按键的电路。这部分的设计的核心思想是围绕着单片机为主的。从而数据的离散通过数字模拟转化芯片实现的，数据的采集后存储器中会将数据存储起来，一旦波形成功显示之后。单片机就会将保存在存储器中的数据取出来然后再将数据取出来接着把数据保存到对应的数组中，再接处理对应的数据，数据最终会出现在液晶显示器上，而且这些数据的显示是按照一定的顺序放置的，因此最终将波形成功的显示出来，调理电路的输入是通过阻抗的变换电路实现的。输入阻抗的增高是通过阻抗变换电路实现的，将信号进行提高的主要目的是基于AD芯片的需求实现的，信号周期频率的测量是通过频率测量电路实现的，使信号的幅度满足AD芯片的输入幅度要求，本系统的总体结构图如图1所示。

图1 总体设计图

4 硬件设计

4.1 信号的采集与存储

这个部分的主要设计的重点内容是关于数据采集的这部分，设计中用到的数字模拟转换器是8位的，在这些环节中的数据的采集的实现主要是通过这个选择的数字模拟转换器实现的，当数据采集结束后就能够给到FIFO中。经过中继了之后，再将采集的数据送到单片机中，FIFO的不同点在于是一种EIRAM，而且这种是双向的，而且不存在一定的地址线，当数据进行写入并且进行读取的时候，地址就会出现相应的增加，在两者之间会形成一个缓冲器，从而达到缓冲数据的作用，FIFO的主要角色是对数据进行缓冲，由于数字模拟的时钟比MCU的AI中的工作频率要高的多。因此将输出的数据进行保存时通过AD以及FIFO实现的，AI引脚应用在AD以及FIFO的同步时钟的过程中，时钟的稳定性会得到进一步地提高，ALE在进行采集数据之前会先进行与门的运算，而且FIFO中设置的标志位就有三个，分别是满标志为FF、半满标志的HF和空标志的EF。在这部分的设计中应用到了关于FF的满标志，而且一旦FIFO已经存满的时候单片机就会对数据进行读取。

4.2 信号幅值测量模块设计

由于被测的信号的幅值是随意取值，但是由于示波器的输入信号的幅值在一定的条件下其值可以达到最大，所以测量初始的数值时，电路的档衰减会达到最大的值，此时的值是1000倍。将档衰减进行比较后，比较器的输入电平就会发生改变，最终切换停止的这个指令是由单片机发出的。当处于测量的阶段的时候，这个时候，测控的指令就会由单片机发出，而内部数字模拟信号转换器就会启动，从而实现信号的转换，最终就会实现10位数字模拟信号转换。

4.3 信号周期测量模块设计

当所输入的信号通过反相器之后就会产生方波的信号，然后就会接着将产生的信号重新送到单片机里面的定时器里面，通过计数器计数处理。如此时信号的频率是等于10到99Hz范围之间时候，那么单片机到示波器扫描电路接口的输出端为P0到P4，并且都为000。

5 软件设计

5.1 液晶点流程图

打点操作是作图的基础。由于st7920控制器的绘图RAM是一次进行两个2个字节的数据的读写操作。也就是一次修改的是16个点的状态。而我们要想只修改一个点的状态同时不改变其余相邻15个点的状态。那只能是先把原来位置的16个点的状态读出。液晶打点的流程图如图2所示。

图2 液晶打点流程图

使用位操作指令修改其中一个点的状态，然后在回写到RAM中。整体的过程即是：读取一修改一写入。液晶画点是编程的难点与重点，需要把液晶纵向每隔转换为电压，要把水平方向转化为时间，将波形显示出来，其步骤如：先确定打点的位置；其次读出该点所在的数据值：接着修改该点相应的位的值。对于单色液。频率幅度调试结果如表1所示。

表1 频率幅度调试结果

6 结语

本文主要介绍的是关于示波测试的技术，设计了基于单片机的软件以及硬件设计，其中的软件部分实现了液晶打点的流程图的设计，还设计实现了信号幅值测量模块，以及信号周期测量的模块。本文设计的示波器系统所具备的特点是测量起来比较稳定而且测量时的精度也是很高的，能够满足学习实验等日常使用，在很多专业的领域中也能够起到一定的适用范围，对于以后实现低成本示波器的开发有一定借鉴意义。

[1]周惠艳等.数字存储示波器在自动测试系统中的应用[J].北京:仪器技术与传感器,2008(01):41-43

[2]张越等.基于单片机与CPLD的数字存储示波器[J].北京:微计算机信息,2008(01):168-170

[3]卢燕涛等.基于GPIB的数字存储示波器自动校准系统设计与实现[J].北京:仪器仪表学报,2007(04):93-95

[4]宋辉等.基于TMs32V0c550的语音识别系统实现[J].北京:微计算机信息,2007(09):227-28

[5]黄岚,高鸿.示波指示技术在动力学分析中的应用(Ⅲ)——示波双安培催化动力学法测定铜和碘[J]. 高等学校化学学报, 1992(2):179-66

[6]李笑娟,王雷,王跃梅.8通道示波测试技术及其在高射速火炮研发中的应用[J]. 计算机测量与控制, 2014, 22(4)

[7]樊娜.基于ZigBee的智能粮仓温度监测系统研究与设计[J].微型机与应用. 2015(05)

[8]张海涛,廖经文,纪春龙,袁沛华,刘华珠.ZigBee无线通讯聊天室的设计与实现[J].东莞理工学院学报.2014(03)

[9]林清.低功耗示波表设计[D].电子科技大学,2013

[10]何晓渝.基于机器视觉技术的多晶硅棒直径在线检测系统的研究[D].电子科技大学,2011