数字示波器的设计(AVR单片机)(新品)

摘要
数字示波器是随着数字电路的发展而发展起来的一种具有存储功能的新型示波器。原先人们看好的模拟示波器的一些优点，目前数字示波器已完全能够做到，特别是在捕获非重复信号、避免信号的虚化和闪烁、在时间上从触发事件反问寻迹——实现在电路中隔离故障等方面，数字示波器显示出了模拟示波器无可比拟的优势。因此，数字示波器由于其优势的性能、良好的性能价格化，刚一问世,就显示出它强大的生命力,各行各业均迫切需要,有其广阔的发展前途。
本文所设计的数字示波器,以单片机为控制核心,由通道调理、触发、波形显示等功能模块组成。本系统对触发系统、水平扫描速度和垂直灵敏度的自动设置功能（AUTOSET）及波形参数测量等功能进行了重点设计。设计中采用了模块化设计方法，并使用了多种EDA工具，提高了设计效率。整个设计实现了数字示波器的所有功能要求，达到较高的性能指标。

关键词：存储器，转换器，数字存储示波器，单片机

ABSTRACT
Digital oscilloscope, with the development of digital circuits has developed a new storage oscilloscope. Original ancestors see some advantages of the good analog oscilloscope , the digital oscilloscope can already be accomplished at present。Especially in the capture of non-repeating signals, to avoid false signals and flash-based, in time, tracing from the triggering event to ask - to achieve fault isolation in the circuit etc. Therefore, the digital oscilloscope performance due to its advantages, the price of good performance, just as come out, it demonstrated its strong vitality, all walks of life are urgently needed, with its broad development prospects.
This simple and easy figure stores the oscilloscope, regard one-chip computer as the core of controlling, made up by trigger module ,LCD display ,power module.  Such functions as automatic establishment function (AUTOSET ) and wave form parameter that this system scanned the speed and vertical sensitivity in touching off system , level are measured have been designed especially. Have adopt the module design method in the design, has used many kinds of EDA tools, have improved design efficiency. The whole of functions of designing and realizing storing the   oscilloscope  require , reach the higher performance.

Keyword: the memory , the converter, the digital oscilloscope , Micro Computer Unite

系统整体设计方案
该示波器的设计分为硬件设计和软件设计两部分。示波器的控制核心采用atmel公司生产的avr单片机。由于整个系统控制复杂，所以采用了两片 ATmega单片机。模拟/数字转换芯片采用BB公司的8位高速A/D转换器ADS830E,官方资料给出的采样频率为10kSa/s~60MSa/s，可以满足本设计要求。A/D转换器采集到的数据送如FIFO芯片进行缓存。软件部分采用C语言进行设计，设计环境为AVR Stdio 4。采用的EDA设计工具为Altium Designder 6.0和AVR Stdio 4。

硬件总体框图
    该设计采用模块化的设计方法，根据系统的功能把整个系统分成不同的具有特定功能的模块。

该示波器由6部分电路构成，分别是：
1. 输入程控放大（衰减）电路；
2. 高速AD转换电路；
3. FIFO存储电路；
4. 显示控制电路；
5. 时钟产生电路；
6. 测频与控制电路；
信号从探头输入，进入程控放大（衰减）电路进行放大（衰减），再对被放大（衰减）的信号进行电平调整后送入高速AD转换器对信号进行采样，采样所得的数据存入FIFO存储器中，当FIFO存满后通知MCU2，MCU2从FIFO存储器中读出数据进行处理，将波形显示在LCD模块上。时钟电路为高速AD转换器和FIFO存储器提供从600Hz-60MHz的8种不同的频率信号作为不同水平扫速时的采样时钟频率。从程控放大器输出的信号一路送入AD转换器，另一路送入整形电路对输入信号进行整形，作为测频率的待测信号送入MCU1的16位计数器外部触发引脚T1（PD5），进行频率测量，程控放大器的放大（衰减）倍数和时钟电路的输出频率均由MCU1控制。MCU1将被测信号的频率、程控放大器的放大倍数和时钟电路的输出频率等数据通过SPI总线发送给 MCU2，MCU2以这些数据作为频率、水平扫速、灵敏度和峰峰值计算、显示的依据。

目录         22000字
摘要    III
ABSTRACT    IV
第一章 绪论    - 1 -
1.1课题背景    - 1 -
1.2课题研究的目的和意义    - 1 -
1.3课题的主要研究工作    - 2 -
第二章  系统整体设计方案    - 5 -
2．1  硬件总体框图    - 5 -
2．2 系统实现的原理介绍    - 6 -
2.2.1 实时取样    - 6 -
2.2.2 A/D转换器介绍    - 7 -
2.2.3 AVR单片机介绍    - 7 -
2.2.4 ATMega8和ATMega32单片机特点    - 10 -
2.2.5  LCD显示器功能和原理介绍    - 12 -
2.2.6  FIFO原理介绍    - 13 -
2．3 软件整体设计    - 14 -
2.3.1  MCU1单片机中软件完成的功能    - 15 -
2.3.2 MCU2单片机中软件完成的功能    - 15 -
2．4 数字示波器技术参数    - 15 -
第三章  硬件模块设计    - 16 -
3.1程控放大电路    - 16 -
3.1.1 程控放大电路的作用    - 16 -
3.1.2 程控放大电路所用芯片    - 16 -
3.1.3 程控放大模块电路设计    - 17 -
3.2电源电路    - 19 -
3.2.1 电源电路的作用    - 19 -
3.2.2 电源电路所用芯片    - 19 -
3.3.3 电源电路模块设计    - 20 -
3.3 高速AD转换与FIFO存储电路    - 21 -
3.3.1 高速AD转换与FIFO存储电路的作用    - 21 -
3.3.2 高速AD转换与FIFO存储电路所用芯片    - 21 -
3.3.3 高速AD转换与FIFO存储电路    - 23 -
3.4 时钟产生电路    - 25 -
3.4.1 时钟产生电路的作用    - 25 -
3.4.2 时钟电路所用芯片介绍    - 25 -
3.4.3 时钟电路的设计    - 25 -
3.5 MCU2单片机显示处理电路    - 26 -
3.5.1 MCU2单片机显示电路的功能    - 26 -
3.5.2 MCU2单片机显示电路的设计    - 27 -
3.6  MCU1单片机控制与信号整形电路    - 28 -
3.6.1 MCU1单片机控制与整形电路的功能    - 28 -
3.6.2 MCU1单片机控制与整形电路的设计    - 28 -
第四章 软件设计    - 30 -
4.1 MCU1的软件部分设计    - 30 -
4.1.1 键盘扫描程序的设计    - 30 -
4.1.2 频率测量程序的设计    - 31 -
4.1.3 同步出发程序的实现    - 32 -
4.2 MCU2的软件部分设计    - 33 -
4.2.1 显示程序的设计    - 33 -
4.2.2 FIFO控制程序的设计    - 33 -
4.3 MCU1和MCU2通信接口SPI程序的设计    - 34 -
第五章 总结与展望    - 41 -
参考文献    - 43 -
致谢    - 44 -
附录    - 45 -