基于單片機的等效采樣示波器設計

　　3 軟件設計

　　3.1 總體軟件流程

　　總體軟件流程如圖3所示。MCU1接收MCU2的測頻結果，并將幅值信息傳遞給MCU2，由MCU1根據輸入頻率確定采樣方式，并控制精密時(shí)鐘發(fā)生電路為ADC提供采樣時(shí)鐘。一次采樣完成后，由MCU1處理采樣數據并送LCD顯示。

　　3.2 實(shí)時(shí)采樣的實(shí)現

　　實(shí)時(shí)采樣中，為了使采樣得到的波形盡量精確，系統將1.25MHz以下的信號分為三個(gè)頻率范圍，在每個(gè)頻率范圍內由程控時(shí)鐘電器產(chǎn)生某一固定的基準時(shí)鐘，結合相應的分頻數進(jìn)行采樣。具體設置如睛：輸入頻率為1Hz～1kHz，由單片機提供40kHz采樣時(shí)鐘；輸入頻率為1kHz～1MHz，由芯片SY89429V提供40MHz采樣時(shí)鐘；輸入頻率為1MHz～1.25MHz，由芯片SY89429V提供50MHz采樣時(shí)鐘。

　　3.3 等效采樣的實(shí)現

　　由于可編程頻率合成芯片SY89429V在本系統所使用的25MHz～50MHz頻率范圍內，步進(jìn)值始終為0.125MHz。為便于數據處理，軟件設計過(guò)程中可以將所有的實(shí)際頻率轉換成以0.125MHz為單位的代值，即除以0.125MHz。 系統中所采用的模數轉換器TLC5540的轉換速率為5MHz～40MHz，當輸入頻率小于40MHz時(shí)，采用每個(gè)信號周期采一點(diǎn)的方法；當輸入頻率超過(guò)40MHz時(shí)，采用兩個(gè)信號周期一點(diǎn)的方法。

　　下面以輸入頻率在1.25MHz～40MHz之間的情況為例，輸入頻率大于40MHz的情況可以類(lèi)推得到。 將輸入頻率fin轉換后的代值（以后簡(jiǎn)稱(chēng)代值）記為dfin，根據輸入頻率設定芯片SY89429V的頻率字SY（只取整數，用于控制輸出信號的頻率），經(jīng)過(guò)n分頻后產(chǎn)生采樣頻率。根據等效采樣的原理，采樣頻率與輸入頻率相近（對于輸入頻率為40MHz～80MHz的情況，采樣頻率與輸入頻率的二分頻接近），二者頻率代值的差值記做da，則SY可以表示為： SY=(dfin-da) %26;#215;n

（1） 這時(shí)復現一個(gè)波形所需的采樣點(diǎn)數為： d=(dfin-da)/da

（2） 本系統選用的液晶為160%26;#215;160點(diǎn)陣，將x軸上40個(gè)點(diǎn)所表示的時(shí)間定義為一格時(shí)基，記作A，則液晶屏幕上顯示的周期個(gè)數為： N=160%26;#215;da/(dfin-da) (3) 由此，時(shí)基可以表示為： A=N/(4%26;#215;fin)=40%26;#215;da/[fin%26;#215;(dfin-da)]

（4） 一個(gè)波形的采樣點(diǎn)數也可以用時(shí)基和輸入頻率來(lái)表示： d=40/(A%26;#215;fin)

（5） 筆者利用本文介紹的算法，實(shí)現了等效采樣，能夠地1MHz～80MHz的周期信號進(jìn)行波形復現，效果令人滿(mǎn)意。這種簡(jiǎn)易示波器在人機界面上為用戶(hù)提供手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作模式，性?xún)r(jià)比高，有廣闊的市場(chǎng)空間。