基于A(yíng)T89S52單片機的簡(jiǎn)易數字示波器設計

　　數字示波器是一種用途十分廣泛的電子測量?jì)x器。與傳統模擬示波器相比，數字存儲示波器不僅具有可存儲波形、體積小、功耗低，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有強大的信號實(shí)時(shí)處理分析功能，在電子電信類(lèi)實(shí)驗室中使用越來(lái)越廣泛。

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展和電路結構的變化，對電路測量的要求也變得更高。對廣大理工科學(xué)生和從事電子等相關(guān)行業(yè)的普通工作者在電子制作、產(chǎn)品維修等中，很多電路參數需要測量分析，經(jīng)常需要使用數字示波器。但目前我國使用的高性能數字示波器普遍價(jià)格昂貴，所以研究簡(jiǎn)易數字示波器具有重要意義。

　　1 系統結構和工作原理

　　1.1 系統結構

　　該設計以AT89S52單片機為控制核心，由預處理電路(包括阻抗變換、程控放大、信號調理電路)、A/D數據采集電路、E2PROM存儲電路、功能鍵盤(pán)、LCD顯示電路以及電源等部分組成。系統結構框圖如圖1所示。

　　1.2 工作原理

　　數字示波器有二個(gè)輸入通道。預處理電路由阻抗變換、程控放大、信號調理電路組成。輸入信號先經(jīng)阻抗變換電路后進(jìn)入程控放大電路，根據需要對信號進(jìn)行放大(衰減)處理，然后信號再進(jìn)入信號調理電路進(jìn)行電平調整成為符合A/D轉換要求的0～5 V電壓。之后輸出的模擬信號經(jīng)過(guò)高速A/D轉換器AD0809實(shí)時(shí)采樣變成數字信號，經(jīng)過(guò)AT89S52單片機后儲存在半導體存儲器E2PROM中。單片機從存儲器中讀出信號

　　進(jìn)行運算處理，將波形顯示在LCD液晶屏上。所有功能可由鍵盤(pán)操作完成。

　　2 硬件設計

　　2.1 單片機

　　AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機，具有8 192個(gè)在系統可編程FLASH存儲器。采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構。

　　系統采用AT89S52單片機作為主控芯片。單片機首先通過(guò)控制A/D轉換器把模擬信號轉換成數字信號，之后將數字信號存儲在E2PROM存儲器中，最后在LCD液晶上顯示出模擬信號的波形。

　　2.2 程控放大電路

　　程控放大電路的作用是對大信號進(jìn)行衰減，對小信號進(jìn)行放大，保證輸入到A/D轉換器的信號幅度在要求的輸入電壓范圍內，以達到最好的測量與觀(guān)察效果。采用模擬開(kāi)關(guān)CD4051，運算放大器為OPA842，配合精密電位器實(shí)現多擋垂直分辨率。在A(yíng)T89S52單片機中使用寄存器模塊設置通道號，通過(guò)寫(xiě)入通道號控制模擬開(kāi)關(guān)選通不同的反饋電阻，從而實(shí)現不同的放大倍數，具體的電路如圖2所示。

　　2.3 信號調理

　　由于示波器觀(guān)察信號大多是正負電壓信號，而A/D轉換器AD0809是單極性參考電壓。為了采樣到信號的負電壓，就需要給該信號疊加直流量，將負電壓部分信號抬高至零電平以上，因此采用信號調理電路，將信號調理在滿(mǎn)足A130809的0～5 V范圍內。R1，R2，R3，U1即為程控放大電路的簡(jiǎn)化模塊，電路如圖3所示。

　　2.4 數據存儲電路

　　E2PROM是數據存儲電路的關(guān)鍵器件，本文選用Atmel公司新近推出的具有I2C總線(xiàn)容量達512 Kb(64 K×8 b)的AT24C512。該芯片的主要特性如下：存儲容量為65 536 B;與100 kHz，400 kHz，1 MHzI2C總線(xiàn)兼容;100 000次編程/擦寫(xiě)周期;單電源、讀/寫(xiě)電壓為1.8～5.5 V;ESD保護電壓大于4 kV;寫(xiě)保護功能，當WP為高電平時(shí)，進(jìn)入寫(xiě)保護狀態(tài);CMOS低功耗技術(shù)，最大寫(xiě)入電流為3 mA;128 B頁(yè)寫(xiě)入緩存器;自動(dòng)定時(shí)的寫(xiě)周期。SDA線(xiàn)和SCL分別與單片機的P2.4和P2.5口相連。數據存儲電路如圖4所示。

　　2.5 其他硬件電路

　　A/D轉換模塊：A/D轉換器選用ADC0809，ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，可處理8路模擬量的輸入，且有三態(tài)輸出能力，即可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入/輸出與TTL兼容，轉換時(shí)間約為100μs。

　　鍵盤(pán)控制模塊：該系統選用5個(gè)獨立鍵盤(pán)做功能鍵，作用分別為運行與停止，波形的放大，波形的減小，波形的上移，波形的下移。

　　LCD液晶顯示電路：該設計采用MGL(S)-240128T液晶顯示器。單片機P1口與LCD的數據口連接，用于數字信號的讀取，P3.6，P3.7作為液晶顯示模塊的讀/寫(xiě)控制信號端口，P2.5作為L(cháng)CD的片選端口。