簡易數(shù)字存儲(chǔ)示波器中控制器模塊的設(shè)計(jì)

　　通過對(duì)簡易存儲(chǔ)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(gè)系統(tǒng)由控制器模塊、人機(jī)界面接口、信號(hào)輸入通道、信號(hào)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(jì)。

2控制器模塊設(shè)計(jì)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(shí)能啟動(dòng)對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、顯示；

根據(jù)被測信號(hào)的頻率范圍確定相應(yīng)的采樣速率；

在對(duì)存儲(chǔ)的信號(hào)進(jìn)行顯示時(shí)，可以選擇一個(gè)合適的速率將存儲(chǔ)的信號(hào)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(hào)幅度下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，應(yīng)能根據(jù)垂直靈敏度的要求選擇信號(hào)調(diào)理電路的增益。

　　能實(shí)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(shí)現(xiàn)，例如復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD；

(2)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，例如現(xiàn)在流行的MCS-51系列單片機(jī)；

(3)用單片機(jī)和復(fù)雜可編程邏輯器件共同實(shí)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(jí)，可以滿足設(shè)計(jì)對(duì)最高采樣速率的要求，但是硬件量大，設(shè)計(jì)復(fù)雜且難度大，調(diào)試過程繁瑣。方案(2)的優(yōu)點(diǎn)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(hào)或復(fù)雜信號(hào)。但因?yàn)閱纹瑱C(jī)的工作速度取決于其機(jī)器周期，目前12 MHz時(shí)鐘單片機(jī)的機(jī)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(jī)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(duì)高速信號(hào)的采集和存儲(chǔ)，而單片機(jī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)CPLD及整個(gè)簡易數(shù)字存儲(chǔ)示波器的管理。在這里，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，而采用方案(2)。

3控制器模塊硬件設(shè)計(jì)
　
　　根據(jù)控制器的功能，控制器模塊應(yīng)當(dāng)是以單片機(jī)為核心的一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)是89C52。89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由8 kB的RAM、地址譯碼電路、時(shí)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(hào)線的低8位地址；6264為8 kB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于對(duì)信號(hào)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，因此需要13根地址線進(jìn)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(gè)相應(yīng)芯片并在單片機(jī)的作用下進(jìn)行相關(guān)操作。

　　片外擴(kuò)展RAM單元與接口電路的地址分配如下：

6264的存儲(chǔ)空間為：0000H～1FFFH。

　　D／A轉(zhuǎn)換接口電路的片選信號(hào)：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(hào)(XFER)：6000H～7FFFH．

　　增益選擇信號(hào)鎖存器選通信號(hào)：8000H～9FFFH。

　　掃速選擇信號(hào)鎖存器選通信號(hào)：0A000H～0BFFFH。

4控制器模塊軟件設(shè)計(jì)

　　在軟件中，為了使程序簡潔、運(yùn)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(jì)是針對(duì)被測信號(hào)的頻率較低的情況進(jìn)行的，控制器模塊以單片機(jī)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。