第6章 附加于普通模拟示波器的多功能智能装置.ppt

第六章 附加于普通模拟示波器的多功能智能装置 示波器作为一种十分有效的信号测试、调试工具，已从20 世纪五六十年代的电子管示波器，发展到目前功能齐全、性能先进的多种数字示波器。 国内还普遍使用各种传统模拟示波器。尽管模拟示波器在技 术上已非常成熟，但存在以下缺陷: 模拟示波器普遍采用分立元件 由于模拟示波器采用模拟电路，温度漂移、蠕动等问题无法从根本上得到解决，不可避免地会出现稳定性差等可靠性方面的问题。 由于模拟示波器无智能或智能化程度低，操作繁琐，使用不便。 对非实验条件下的单次脉冲等信号的测试，模拟示波器显得无能为力。 目的：开发一种具有信号采集、存储、重现及其分析处理功能的 智能化装置，作为普通模拟示波器的扩展部分，以此增强模拟示波 器的功能。 6.2 多功能智能装置的系统设计要求与设计方案 具体设计要求如下： 被测信号与极性 要求能采集10 kHz 以下各种周期和非周期低频信号，具有自动触发采样、手动采样2 种方式。 信号极性选择： 直流：用于选择被采样信号为纯直流，或虽有交流分 量，但幅值小于直流分量的信号 交流：用于输入信号中交流分量幅值可能超过直流分 量的情况。 2 信号存储 采样后的信号既能存储于具有掉电保护功能的RAM 介质中，又能发送到PC机，以磁盘文件形式保存。 RAM 的容量为8 KB 。 3 信号复现 为了便于分析处理，要求采样后的信号能借助于模拟示波器的CRT 以下方式显示： 固定显示：将采集的波形完整地显示出来，即将1024 点数据1 次显示在CRT 上。 分页显示：将存储的波形数据按每页256 点分4 页显示，每页保持4s ，在示波器CRT的右上角同时显示页号。 滑移显示：将存储的波形数据自右向左平滑显示，屏上波形宽为256B ，并可有暂停控制功能。 4 数据处理 被采集后的信号要求能采用2 种方式进行分析处理： 以汉字形式在示波器上显示被采样单次脉冲波形的峰值、均值及脉宽，周期波形的周期、峰值。 通过RS-232C 串行通信口将波形数据送往PC 机模拟显示、打印以及快速傅里叶变换（FFT ）分析等。 5 容错能力 容错能力通过2 种方式实现： 系统上电自检 检0 与校正 6.2.2 系统总体方案的设计 总体方案按照设计要求，作为一种附加装置应在保证 实现基本功能的基础上，尽可能降低系统成本。 按照系统设计要求，整个系统可从功能上划 分为5 大模块。 由于设计要求系统能独立运行并能到测试现场采集信号，主控模块应当是以单片机为核心的最小系统。 由于MCS-51 单片机具有扩展性强等特点，本系统采用MCS-51 系列单片机。根据系统设计要求，监控软件的大小应该不超过8 KB ，因此，采用ATMEL的89C52 单片机。 该型号单片机内部集成了8 KB 的电可擦除E EPROM 程序存储器，采用CMOS 工艺，功耗低，非常适合嵌入式应用场合。外部扩展8KB信号，即可满足数据容量要求。 为了适合系统的便携性要求，必须设计数据的掉电保护电路考虑功耗问题，以适应电池供电的状况。 由于系统对信号频宽的要求等综合因素，同时为了减少软件的工作量，用于人机交流的人机模块主要是一些系统参数的设定开关，以及用于系统运行状态的必要指示的发光二极管。 信号输入通道即前向通道，主要负责对模拟信号的采样。在该模块中，核心是模拟信号的A / D 转换。 A / D 的方式主要有并行式A / D 、串行式A / D 以及积分式A / D 等。 积分式A / D 的转换周期一般为几十ms ，速率低，不适合系统频率响应要求。 由于系统必须外部扩展数据存储单元，因而必须使用外部总线，因此该系统宜采用并行式A / D 转换。 考虑到系统对采样周期较高的要求，前向通道必须设计信号采样／保持环节。 信号复现模块即后向通道，主要负责将采集的数据还原为模拟信号．在该模块中，核心是D / A 转换。 由于系统作为模拟示波器的附加装置，毫无疑问地要借助于示波器的CRT 作为显示还原后的信号及定量参数的界面；因此必须采用双通道，以适应示波器X, Y 通道结构和同步的需要。 为了适应设计要求中一屏显示的需要，必须设计另外一个X 通道，称之为X ’通道。在该模块中设计作为横向扫描通道的X 通道的原因，还在于普通模拟示波器往