基于单片机的数字示波器设计

基于单片机的数字示波器设计内容摘要：

，RCLK=0，用定时器l的溢出脉冲作为接收时钟。 TCLK发送时钟允许。 TCLK=1时，用定时器2溢出脉冲作为串行口（工作于工作方式1或3时）的发送时钟，RCLK=0 ．用定时器l的溢出脉冲作为发送脉冲。 EXEN2定时器2外部允许标志。 当EXEN2=1时，如果定时器2未用于作串行口的波特率发生器，在T2EX端出现负跳变脉冲时，激活定时器2 捕获或重装载．EXEN2=0，T2EX端的外部信号无效．TR2定时器2启动/停止控制位。 TR2=l时，启动定时器2。 C/T2定时器2定时方式或计数方式控制位。 C/T2＝0，选择定时方式。 C/T2＝1时，选择对外部事件计数方式（下降沿触发）。 CP/RL2捕获/重装载选择。 CP/RL2=l时，如EXEN2=l．且T2EN双端出现负跳变脉冲时发生捕获操作。 CP/RL2=0时，若定时器2溢出或EXEN2＝l条件下，T2EN双端出现负跳变脉冲，都会出现自动重装载操作。 当RCLK=1或TCLK=1时，该位无效，在定时器2溢出时强制其自动重装载。 中断寄存器： AT89C52有8个中断源2个中断优先级，lE寄存器控制各中断位，lP寄存器中8个中断源的每一个可定为2个优先级。 数据存储器: AT89C52有256个字节的内部RAM , 80H－FFH高128个字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字竹的RAM和殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。 当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。 如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器． 例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2口）地址单元。 MOV 0A0H ，data 间接寻址指令访问高128字节RAM ，例如下面的间接子址指令中，R0的内容为OAOH ，则访问数据字节地址为0A0H , 而不是P2口（0A0H ）。 MOV @RO ，data 堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128位数据RAM亦可作为堆栈区使用。 定时器O和定时器1AT89C51的定时器O和定时器1的工作方式： 定时2定时器2是一个16位定时计数器。 它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON（如表35 ）的C/T2位选择。 定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON的控制位来选择，参见表35 表35 定时器2工作方式RCLX+TCLKCP/RL2TR2MODE00116bit autoreload01116bit Capture1X1Baud Rate GeneratorXX0(off) 定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2寄存器的值加1 ，由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/l2。 在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至O的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2期间，对外部输入进行采样。 若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0 , 则在紧跟着的下一个周期的S3P1期间寄存器加l。 由于识别1至0的跳变需要2个机器周期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24 ．为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次 中断：AT89C52共有6个中断向量：两个外中断（INT0和INTI) , 3个定时器中断（定时器0、l、2）和串行口中断。 这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止。 IE也有一个总禁止位EA , 它能控制所有中断的允许或禁止。 显示电路总体结构 波形显示电路主要是AD转换电路，显示模块，见图35。 图35 波形显示总接线图 单片机外围电路设计 晶振电路AT89C52引脚XTAL1和XTAL2与晶体振荡器Y1及电容CC2按图36所示方式连接。 晶振、电容C1／C2及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容CC2的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在0～33MHz之间，电容CC2取值范围在5～30pF之间。 根据实际情况，本设计中采用12MHZ做为系统的外部晶振。 电容取值为30pF。 图36 晶振部分接线图复位电路： 单片机复位是使CPU和系统中的 其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后PC＝0000H，使单片机从第—个单元取指令。 无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。 在复位期间（即RST为高电平期间），P0口为高阻态，P1－P3口输出高电平；外部程序存储器读选通信号PSEN无效。 地址锁存信号ALE也为高电平。 根据实际情况选择如图37所示的复位电路，该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容C5上的电压很小，复位下拉电阻R2上的电压接近电源电压，即RST为高电平，在电容充电的过程中RST端电压逐渐下降，当RST端的电压小于某一数值后，CPU脱离复位状态，由于电容C5足够大，可以保证RST高电平有效时间大于24个振荡周期，CPU能够可靠复位。 增加手动复位按键是为了避免死机时无法可靠复位。 当复位按键按下后电容C5通过R1放电。 当电容C5放电结束后，RST端的电位由R1与R2分压比决定。 由于R1R2 因此RST为高电平，CPU处于复位状态，松手后，电容C3充电，RST端电位下降，CPU脱离复位状态。 R1的作用在于限制按键按下瞬间电容C3的放电电流，避免产生火花，以保护按键触电。 具体接线图见图37。 图37 复位电路图 信号波形采集模块 本文中的信号数据采集器件采用的是A/D转换器AD574。 AD574是美国AD公司生产的12位逐次逼近型A/D转换器，转换时间为时间为25US，%。 AD574片内配有三态输出缓冲电路，因而可直接与各种典型的8位或16位微处理器接口，且能与CMOS及TTL电平兼容。 由于AD574片内包含高精度的参考电压源和时钟电路，从而使该芯片在不需要任何外加电路和时钟信号的情况下完成A/D转换，应用非常方便。 AD574A是AD574的改进产品。 AD574A的性能及参数如下： 1）逐次逼近型ADC，可选择工作于，也可工作于8位。 转换后的数据有两种读出方式：12位一次读出；8位、4位两次读出； 2）具有可控三态输出缓冲器，数字逻辑输入输出电平位TTL电平； 3）非线性误差：AD574AJ为1LSB，AD574AK为1/2LSB； 4）转换时间：最大转换时间为25US（属于中档速度）； 5）输入模拟信号可以是单极性的，也可以是双极性的。 单极性时，输入信号范围为0~ +10V和0~+20V，从不同引脚输入。 双极性输入时，信号范围为0~5V和0~10V，从不同引脚输入； 6）输出码制：单极性输入时，输出数字量为原码；双极性输入时，输出为偏移二进制码； 7），只需外接一只适当阻值的电阻，便可向DAC部分的解码网络提供参考输入。 内部具有时钟产生电路，不需外部接线； 8）需三组电源：+5V、VCC（+12~+15V）VEE（12~15V）。 由于转换精度高，所提供电源必须有良好的稳定性，并进行充分滤波，以防止高频噪声的干扰； 9）低功耗：典型功耗为390 MW。 AD574A引脚功能： AD574A为28引脚双列直插式封装，各引脚功能如下： DB11DB0：12位数据输出线。 DB11为最高位，DB0为最低位，它门可由控制逻辑决定是输出数据还是对外呈高阻状态。 12/：数据模式选择。 当此引脚输入为高电平时，12位数据并行输出；当此引脚为低电平时，与引脚A0配合，把12位数据分两次输出，见下表。 应注意，此引脚不与TTL兼容，若要此引脚为高电平，则应接1脚；若要此引脚为低电平，应接脚15。 A0：字节选择控制。 此引脚有两个功能，一个功能是决定方式是12位还是8位。 若A0=0，进行全12位转换，转换时间为25US；若A0=1，仅进行8位转换，转换时间为16US。 另一个功能是决定输出数据是高8位还是低4位。 若A0=0，高8位数据有效；若A0=1，低4位数据有效，中间4位为“0”，高4位为高阻状态。 因此，低4位数据读出时应遵循左对齐原则（即：高8位+低4位+中间4位的‘0000’）。 ：芯片选择。 当=0时，AD574A被选中，否则AD574A不进行任何操作。 ：读/转换选择。 当=1时，允许读取结果；当=0时，允许A/D转换。 CE：芯片启动信号。 当CE=1时，允许读取结果，到底是转换还是读取结果与有关。 STS：状态信号。 STS=1表示正在进行A/D转换，STS=0表示转换已完成。 REFOUT：+10基准电压输出。 REFIN：基准电压输入。 只有由此脚把从“REFOUT”脚输出的基准电压引入到AD574A内部的12位DAC（AD565），才能进行正常的A/D转换。 BIPOFF：双极性补偿。 此引脚适当连接，可实现单极性或双极性输入。 10VIN：10V量程模拟信号输入端。 对单极性信号为10V量程的模拟输入端，对双极性信号为5V模拟信号输入脚。 20VIN：20V量程输入端。 对单极性信号为20V量程的模拟输入端，对双极性信号为10V模拟信号输入脚。 DG：数字地。 各数字电路（译码器、门电路、触发器等）及“+5V”电源的地。 AG：模拟地。 各模拟器件（放大器、比较器、多路开关、取样保持器等）地及“+15V”和“15V”电源地。 Vlog：逻辑电路供电输入端，+5V。 VCC：正电源端，为+12～+15V。 VEE：负电源端，为12～15V在本系统电路中 AD574A的12/引脚接地，所以转换后的12位数据要分两次读出， 、A0、,。 AD574A的12位数据输出也接单片机的P0口，其中DB0~DB3与DB8~DB11位复用P0口的低四位。 单片机的读写信号输出经一或非门接 AD574A的芯片启动输入脚CE。 AD转换器采用双极接线。 具体接线图见图38。 图38 信号采集接线 显示模块本设计中的显示部分是由单片机控制的LCD显示的，采用19264作为显示器件。 19264是一种液晶显示器。 液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB、线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。 在单片机系统中使用液晶显示模块作为输出器件具有以下优点：　（1）显示质量高　　由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管（CRT）那样需要不断刷新亮点。 因此，液晶显示器画质高而且不会闪烁。 （2）数字式接口　　液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更简单，操作也更加方便。 （3）体积小、重量轻　　液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器件要轻很多．　（4）功率消耗小　　相比而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其他显示器件也要小很多。 YM19264A 是一种图形点阵液晶显示器。 它主要采用动态驱动原理由行驱动—控制器和列驱动器两部分组成了192(列)64(行)的全点阵液晶显示。 此显示器采用了COB 的软封装方式，通过导电橡胶和压框连接LCD,使其寿命长，连接可靠。 特性: 1）工作电压为+5V177。 10% ,可自带驱动LCD 所需的负电压。 2）全屏幕点阵,点阵数为192(列)64(行),可显示12(/行)4(行)个(1616 点阵)汉字，也可完成图形，字符的显示。 3）与CPU 接口采用5 条位控制总线和8 位并行数据总线输入输出，适配M6800 系列时序。 4）内部有显示数据锁存器 5）简单的操作指令 显示开关设置，显示起始行设置，地址指针设置和数据读/写等指令。 硬件连接 波形显示部分19264液晶显示模块与单片机的连接见图39。 八位数据传输线接单片机的P1口，显示。