簡易數(shù)字存儲示波器中控制器模塊的設(shè)計

1 簡易數(shù)字存儲示波器的組成結(jié)構(gòu)

　　通過對簡易存儲示波器的功能分析，可以得到其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個系統(tǒng)由控制器模塊、人機界面接口、信號輸入通道、信號顯示模塊和數(shù)據(jù)通信接口組成。由于篇幅所限，本文僅介紹控制器模塊的設(shè)計。

2控制器模塊設(shè)計方案

　　一般來說，控制器模塊應(yīng)該具有以下一些主要功能：在滿足觸發(fā)條件時能啟動對被測信號進行采集、存儲、顯示；

根據(jù)被測信號的頻率范圍確定相應(yīng)的采樣速率；

在對存儲的信號進行顯示時，可以選擇一個合適的速率將存儲的信號數(shù)據(jù)讀出并恢復(fù)為模擬量；

為了使得A／D在合適的模擬輸入信號幅度下進行轉(zhuǎn)換，應(yīng)能根據(jù)垂直靈敏度的要求選擇信號調(diào)理電路的增益。

　　能實現(xiàn)上述功能要求的控制器可以有如下3種方案供選擇：

(1)用大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，例如復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD；

(2)用單片機實現(xiàn)，例如現(xiàn)在流行的MCS-51系列單片機；

(3)用單片機和復(fù)雜可編程邏輯器件共同實現(xiàn)。

　　在上述3種方案中，方案(1)可編程邏輯器件工作速度快，為ns量級，可以滿足設(shè)計對最高采樣速率的要求，但是硬件量大，設(shè)計復(fù)雜且難度大，調(diào)試過程繁瑣。方案(2)的優(yōu)點在于系統(tǒng)規(guī)模較小，有一定靈活性，但不適宜于觀察高速信號或復(fù)雜信號。但因為單片機的工作速度取決于其機器周期，目前12 MHz時鐘單片機的機器周期為1μs，在采樣速率不是太高的情況下，完全可以滿足要求。方案(3)是在單片機的管理下，由復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD完成高速控制作用，例如對高速信號的采集和存儲，而單片機則實現(xiàn)對CPLD及整個簡易數(shù)字存儲示波器的管理。在這里，本著經(jīng)濟實用的原則，而采用方案(2)。

3控制器模塊硬件設(shè)計
　
　　根據(jù)控制器的功能，控制器模塊應(yīng)當是以單片機為核心的一個單片機最小系統(tǒng)，本設(shè)計采用的單片機是89C52。89C52單片機最小系統(tǒng)主要由8 kB的RAM、地址譯碼電路、時鐘電路、復(fù)位電路等幾部分組成，其電路原理如圖2所示。圖中，74HC373為地址鎖存器，用于鎖存地址信號線的低8位地址；6264為8 kB的數(shù)據(jù)存儲器，用于對信號采樣數(shù)據(jù)進行存儲，因此需要13根地址線進行尋址；74HCl38則為譯碼器，采用全地址譯碼方式，譯碼輸出用于選通各個相應(yīng)芯片并在單片機的作用下進行相關(guān)操作。

　　片外擴展RAM單元與接口電路的地址分配如下：

6264的存儲空間為：0000H～1FFFH。

　　D／A轉(zhuǎn)換接口電路的片選信號：Y軸：2000H～3FFFH；X軸：4000H～5FFFH。

　　D／A轉(zhuǎn)換接口電路數(shù)據(jù)傳輸選通信號(XFER)：6000H～7FFFH．

　　增益選擇信號鎖存器選通信號：8000H～9FFFH。

　　掃速選擇信號鎖存器選通信號：0A000H～0BFFFH。

4控制器模塊軟件設(shè)計

　　在軟件中，為了使程序簡潔、運行可靠，采用自頂向下的編程方法，充分利用系統(tǒng)的中斷功能，充分使用子程序。

5 結(jié) 語

　　本設(shè)計是針對被測信號的頻率較低的情況進行的，控制器模塊以單片機為核心，縮小了系統(tǒng)規(guī)模，降低了系統(tǒng)成本，并具有一定的靈活性。