Модель цифрового осциллографа

Для быстрого сохранения в ОЗУ информации о сигнале нужно выбрать МК с максимальной производительностью. Объём ОЗУ должен быть не меньше 512 + 256 байт, так как размер кадра равен 240 байт и осциллограф двухканальный. Для считывания данных с выходов АЦП нужно 2 порта ввода-вывода. Также для управления ЖКД нужно ещё 2 порта. Для управления ключами и кнопок ещё 2 порта. Периферия должна содержать таймеры для создания задержек и встроенный АЦП для измерения постоянного напряжения.

Результаты обзора микроконтроллеров различных производителей

Отличительной особенностью МК DS87C550 является перепроектированное ядро процессора, позволяющее исключить холостые такты и циклы памяти. В результате, каждая команда системы команд 8051 выполняется в три раза быстрее, чем стандартным МК, работающем на той же тактовой частоте. DS87C550 имеет максимальную тактовую частоту 33 MHz, что эквивалентно работе стандартного МК с тактовой частотой до 99 MHz. МК C8051F120 выполняет 70% команд за 1 или 2 такта и обладает производительность до 100 MIPS на тактовой частоте 100 МГц. Кроме того, он подходит по всем остальным параметрам для разрабатываемого устройства. Поэтому остановим свой выбор на нём.

АЦП должен быть сдвоенный и иметь частоту дискретизации 20 МГц. Такие АЦП выпускают многие производители. Так как Analog Devices выпускает качественные АЦП, то выберем из её продукции микросхему AD9288 c частотой преобразования 40 МГц.

3. Разработка принципиальной схемы и выбор электронных компонентов

M0=0 - внутренний генератор символов ROM.

М1=0 - генератор символов RAM1; 32 знака.

М2=0 - высота символа 8 пикселов (2716 или эквивалент ROM).

W/S=0 - однопанельное управление

IV=1 - нет коррекции верхней строки экрана (нет смещения)

T/L=1 - режим ТВ

DR=0 - нормальная операция

P2=87h.

FX=7h - ширина символа равна 8 пикселей.

WF=1 - двухкадровое управление АС

P3 = FY= 07h - высота символа равна 8 пикселей.

P4 = С/R = 27h - адресный диапазон равен 40 байтов на одну строку дисплея.

P5 = TC/R =39h - длина строки равна 58 байтов.

P6 = L/F = EFh - количество линий на кадр равно 240.

P7 = AL = 28h и P8 = AH = 0 - горизонтальный адресный диапазон (текстовый) равен 40.

Значения параметров команды «Scroll» (код 44h):

P1 = SAD 1L = 0 и P2 = SAD1H = 0 - начальный адрес первого экранного блока прокрутки.

P3 = SL1 = P6 = SL2 = EFh - 255 строк на прокручиваемый блок.

P4 = SAD2L = B0h и P5 = SAD2H = 04h - начальный адрес второго блока прокрутки.

P7 = SAD3L = 0h и P8 = SAD3H = 0h - начальный адрес третьего блока прокрутки.

P9 = SAD4L = 0h и P10 = SAD4H = 0h - начальный адрес четвёртого блока прокрутки.

Значения параметров команды «CURSOR FORM» (код 5Dh):

P1= CRX = 04h - ширина курсора равна 5 пикселей.

P2 = 86h.

CRY = 6h - высота курсора равна 7 пикселей

CM = 1 - блочный курсор.

Далее выставляется команда «CURSOR DIRECTION» с кодом 4Сh. Два младших бита кода команды CD1 и CD2 сброшены, поэтому курсор будет двигаться вправо.

Значения параметра команды «HORIZONTAL SCROLL RATE» (код 5Ah):

P1 = 0 - ноль пикселей для прокрутки.

Значения параметра команды «OVERLAY» (код 5Ah): P1 = 01h.

MX0 = 0 и MX1 = 1 - метод композиции наслоённого экрана следующий: (L1 and L2) or L3.

DM1 = DM2 = 0 - текстовый режим отображения блоков экрана 1 и 3, соответственно.

Командой «DISPLAY ON/OFF» (код 59h) включается дисплей (P1=16h).

Изображение выводится на дисплей сканированием его памяти. Курсор двигается слева направо и сверху вниз. Каждый бит в памяти соответствует пикселю на дисплее. Контроллер настроен так, что ширина горизонтальной линии равна 40 байтов (40*8=320) и этих линий 240. Контроллер сканирует память дисплея, пока не достигнет конца ряда, а потом переходит на следующий ряд. То есть адрес начала ряда с номером n равен 40*n или 28h*n.

Информация о сигнале с канала 1 хранится в XRAM микроконтроллера по адресу 000h - 0F0h (240 байтов).

Для отображения осциллограммы по вертикали нужно 256 пикселей, так как АЦП 8 - ми разрядный. По горизонтали будем использовать 240 пикселей. То есть размер графического экрана равен байтов. Эти байты будут храниться в XRAM по адресу 0200h - 1FFFh.

Коду 0 соответствует напряжение -0.512 В, а коду 255 соответствует напряжение +0.512 В. Коду 128 - напряжение 0 В. В каждом байте, которые хранятся по адресу 000h - 0F0h содержится номер пикселя в строке дисплея, который нужно зажечь. Адрес байта - это номер строки.

Перед выводом осциллограммы посылается команда с кодом 46h «CSRW» - установка адреса курсора. У неё два параметра - два байта шестнадцатиразрядного адреса. Мы устанавливаем курсор в начало графической страницы.

Осциллограмма выводится путём подачи команды «MWRITE» контроллеру SED1335. После выставления кода команды 42h производится посылка байтов данных в память дисплея.

Заключение

После выполнения работы была разработана модель цифрового осциллографа, придумана программа для МК.

В ходе проделанной работы были изучены:

- принципы построения цифровых осциллографов

- документация на выбранные микросхемы

- принцип работы ЖКД

Цифровой осциллограф позволяёт наблюдать на ЖКД переменное напряжение любо частоты до 10 МГц. Также можно исследовать два сигнала одновременно.

Частота дискретизации и коэффициент ослабления\усиления сигнала задаются кнопками.

Для измерения постоянных напряжений можно трансформаторы заменить на операционные усилители или воспользоваться встроенными АЦП доработав программу для МК. Также можно добавить вывод текста на дисплей, показывающего количество вольт на деление и количество секунд на деление.

Приложение A

Программа для МК цифрового осциллографа.

;-

; FILE NAME: dig_osc.asm

; TARGET MCU: C8051F120

; DESCRIPTION: Программа для МК цифрового осциллографа.

; NOTES: Прием данных с АЦП, сохранение выборки в памяти, вывод данных

; на ЖКИ, прием данных о параметрах сигнала и установка нужной

; частоты дискретизации и уровня сигнала

;-

include (c8051f120.inc)

;-

; Объявление переменных

;-

kf equ R0 ; коэффициент частоты дискретизации

; kfn f Т

; 1 10М 100н

; 2 5М 200н

; 3 2.5М 400н

; 4 500к 2 мк

; 5 250к 4 мк

; 6 50к 20 мк

; 7 25к 40 мк

; 8 5к 200 мк

; 9 2.5к 400 мк

; 10 500 2 м

; 11 250 4 м

CoefAmplif equ R2; коэффициент усиления

i equ R3; переменная - cчётчик1

Num equ R4

kf1 equ R5

kf2 equ R6

switch equ P2; порт, управляющий аналоговыми коммутаторами

Button_kf equ P6

Button_CoefAmplif equ P7

Padc1 equ P4 ; АЦП канал 1

Padc2 equ P5 ; АЦП канал 2

;-

; Векторы прерывания и сброса

;-

cseg AT 0 ; Определение сегмента в адресном пространсве CODE по адресу 0

jmp Config; Относительный переход на Config

;-

; Объявленеие сегмента Main

;-

Main segment CODE ; объявление сегмента Main, имеющего класс памяти CODE

rseg Main ; выбор сегмента Main

using 0 ; использовать банк регистров 0

Config:

mov SP,#07Fh; стек расположен по адресу 80h в ОЗУ

-

; Настройка WDT

;-

; Отключение WDT

clr EA; Запретить все прерывания

mov WDTCN, #0DEh

mov WDTCN, #0ADh

setb EA

;-

; Настройка портов ввода-вывода

;-

mov SFRPAGE, #00Fh; Переход на страницу F SFR

; Связывание периферийных устройств с разрядами портов

mov XBR0, #000h

mov XBR1, #080h; биты SYSCKE T2EXE T2E INT1E T1E INT0E T0E CP1E

; значения 1 0 0 0 0 0 0 0

;/SYSCLK подключен

mov XBR2, #040h; биты WEAKPUD XBARE CNVST2E T4EXE T4E UART1E EMIFLE CNVST0E

; значения 0 1 0 0 0 0 0 0

; Разрешить установленные перемычки

; Настройка режимов вывода разрядов портов

; 1 - режим Push-Pull

; 0 - режим Open-Drein

mov P0MDOUT, #03Fh

; Результат настройки портов ввода-вывода

; порт P0

; P0.0 = SYSCLK (Push-Pull Output) (Digital)

; P0.1 = GP I/O (Push-Pull Output) (Digital)

; P0.2 = GP I/O (Push-Pull Output) (Digital)

; P0.3 = GP I/O (Push-Pull Output) (Digital)

; P0.4 = GP I/O (Push-Pull Output) (Digital)

; P0.5 = GP I/O (Push-Pull Output) (Digital)

; P0.6 = GP I/O (Open-Drain Output/Input) (Digital)

; P0.7 = GP I/O (Open-Drain Output/Input) (Digital)

mov P1MDOUT, #0FFh

mov P3MDOUT, #0FFh

;-

; Настройка генератора (SYSCLK=100 МГц и на P0.6 выводится 50 МГц)

;-

mov SFRPAGE, #00Fh

mov OSCICN, #083h; 1 ; биты IOSCEN IFRDY - - - - IFCN1 IFCN0

; значения 1 0 1 1

; внутренний генератор разрешён

; частота не программируется

; значение предделителя = 1 (SYSCLK=25 МГц)

mov PLL0CN, #000h; 2 ; PLL использует в качестве опорной частоты

; частоту внутреннего генератора

mov SFRPAGE, #000h

mov FLSCL, #030h; 3 ; биты - - FLRT - - - FLWE

; значения 1 1 0

; стирание и запись Flash памяти запрещена

; Память работает на частоте SYSCLK <= 100 MHz

mov SFRPAGE, #00Fh

mov PLL0CN, #001h; 4; PLL включен

mov PLL0DIV, #001h; 5 ; предделитель PLL установлен в 1

mov PLL0FLT, #001h; 6 ; диапазон частот, которые делятся 19-30 МГц

; 7; выходная частота PLL = 65-100 МГц

mov PLL0MUL, #004h; 8 ; коэффициент умножения PLL равен 4

; задержка - 5 мкс; 9

mov i, #040h установка задержки

djnz i, $ ; i- и переход на себя, если не 0

mov PLL0CN, #003h; 10 ; включение PLL

mov i, #0FFh ; установка задержки

PLL_WAIT:

dec i

mov ACC, i ; если нет синхронизации с PLL в течении 5us,

jz PLL_NOWAIT ; то ошибка в установках PLL

mov ACC, PLL0CN

jnb ACC.4, PLL_WAIT ; задержка до появления синхроимпульсов с PLL

mov CLKSEL, #022h ; системная частота берётся с PLL и

; делится на 4 перед выводом на P0.0

PLL_NOWAIT:

;-

; Настройка таймера

;-

; таймер 3 используется для задания частоты дискретизации сигнала с АЦП

mov SFRPAGE, #001h;

mov TMR3CF, #008h; Таймер 3 тактируется от частоты SysClk

;-

; Настройка прерываний

;-

mov SFRPAGE, #000h

mov IE, #000h; Запретить все прерывания

mov IP, #000h; Все устройства имеют низкий приоритет

;-

; Главная часть программы

;-

; Настройка контроллера SED1335

ConfigSED1335:

mov R1,#40h; установка системы

lcall WrComm

mov DPTR,#msg1; параметры установки системы

lcall WrData

mov R1,#44h; прокрутка

lcall WrComm

mov dptr,#msg2; параметры прокрутки

lcall WrData

mov r1,#5Dh; форма курсора

lcall WrComm

mov dptr,#msg3; параметры курсора

lcall WrData

mov r1,#4Ch; направление курсора

lcall WrComm

mov R1,#5Ah; прокрутка по точкам

lcall WrComm

mov DPTR,#msg18; параметр прокрутки по точкам

lcall WrData

mov dptr,#5Bh; наложение

lcall WrComm

mov dptr,#msg4; параметр наложения

lcall WrData

mov r1,#59h; включение / выключение дисплея

lcall WrComm

mov dptr,#msg5; параметр дисплея

lcall WrData

Dig_osc:

mov kf, Button_kf

; Выделение битов b2, b1, b0 и запись в kf1

mov A, kf

anl A, #007h

mov kf1, A

; Выделение битов b5, b4, b3 и запись в kf2

mov A, kf

RR A

RR A

RR A

anl A, #007h

mov kf2, A

mov CoefAmplif, Button_CoefAmplif

mov switch, CoefAmplif

call InputADC1

call Converting

; Вывод осциллограммы

mov R1,#46h; установка курсора

lcall WrComm

mov DPTR,#msg6

lcall WrData

mov R1,#42h; запись в память дисплея

lcall WrComm

mov DPTR,#00h

M0: movx A, @DPTR ; загрузка в A данных из XRAM

cjne A, #0A1h, M1 ; загружены все данные?

ljmp M2

M1:

mov R1, A

clr p3.2; a0=0=данные

mov A, R1 ; послать байт данных

mov P1, A

clr P3.0 ; CS - строб

clr P3.1 ; дисплея

setb P3.1

setb P3.0

inc DPTR

sjmp M0; следующий байт

M2:

sjmp Dig_osc

; Подпрограммы

; WrComm посылает байт в контроллер в виде команды

WrComm:

setb P3.2 ; a0=1=команда

WrComm_1:

mov A, R1 ; послать байт данных

mov P1, A

clr P3.0 ; CS - строб

clr P3.1 ; дисплея

setb P3.1

setb P3.0

ret

Write: clr p3.2; a0=0=данные

sjmp WrComm_1

; WrData посылает байт на который указывает

; DPTR в контроллер ввиде данных.

WrData: clr A

movc A, @A+DPTR; загрузка в A значения параметра, записанного в ПЗУ

cjne A, #0A1h, WrData1; загружены все параметры?

ret

WrData1:

mov R1, A

lcall Write; отправить

inc DPTR

sjmp WrData; следующий байт

;-

; Подпрограмма ввода с канала 1 АЦП

;-

InputADC1:

mov SFRPAGE, #00Fh

; Ввод в XRAM 240 байтов

cjne kf1,#001h,_5MHz1

;-

; Частота дискретизации 10 МГц

;-

_10MHz1:

mov DPTR, #000h ; 3

mov ACC, Padc1 ; 3

movx @DPTR, A ; 3

nop ; 1

mov DPTR, #001h

mov ACC, Padc1

movx @DPTR, A

nop

mov DPTR, #002h

mov ACC, Padc1

movx @DPTR, A

nop

;.

;.

;.

mov DPTR, #0EFh

mov ACC, Padc1

movx @DPTR, A

nop

;-

; Частота дискретизации 5 МГц

;-

_5MHz1:

cjne kf1, #002h, _2_5MHz1

mov DPTR, #000h

Input1_2:

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

; задержка 70 нс

nop

nop

nop

nop

nop

nop

nop

cjne A, DPL, Input1_2

;-

; Частота дискретизации 2.5 МГц

;-

_2_5MHz1:

cjne kf1, #003h, _500KHz1

; Задание числа c которого считает таймер

mov DPTR, #000h

Input1_3:

mov A, Padc1 ; 2

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

; задержка 270 нс

mov i,#008h ; 2

djnz i,$ ; 3

nop

nop

cjne A, DPL, Input1_3

;-

; Частота дискретизации 500 КГц

;-

_500KHz1:

cjne kf1, #004h, _250KHz1

; Задание числа c которого считает таймер

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3H,#0FFh

mov RCAP3L,#05Ch

mov DPTR, #000h

Input1_4:

mov SFRPAGE, #00Fh; 3

mov A, Padc1 ; 2

movx @DPTR, A ; 3

inc DPTR ; 1

mov A, #0F0h ; 2

mov SFRPAGE, #001h; 3

mov TMR3CN, #004h; 3

; задержка 1690 нс

jnb TMR3CN.7,$; 4

nop

nop

mov TMR3CN,#000h; 3

mov TMR3H,#0FFh; 3

mov TMR3L,#05Ch; 3

cjne A, DPL, Input1_4; 5

;-

; Частота дискретизации 250 КГц

;-

_250KHz1:

cjne kf1, #005h, _50KHz1

; Задание числа c которого считает таймер

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3H,#0FEh

mov RCAP3L,#094h

mov DPTR, #000h

Input1_5:

mov SFRPAGE, #00Fh

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

mov SFRPAGE, #001h

mov TMR3CN, #004h

; задержка 3690 нс

jnb TMR3CN.7,$

nop

nop

mov TMR3CN,#000h

mov TMR3H,#0FEh; 3

mov TMR3L,#094h; 3

cjne A, DPL, Input1_5

;-

; Частота дискретизации 50 КГц

;-

_50KHz1:

cjne kf1, #006h, _25KHz1

; Задание числа c которого считает таймер

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3H,#0F8h

mov RCAP3L,#054h

mov DPTR, #000h

Input1_6:

mov SFRPAGE, #00Fh

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

mov SFRPAGE, #001h

mov TMR3CN, #004h

; задержка 19690 нс

jnb TMR3CN.7,$

nop

nop

mov TMR3CN,#000h

mov TMR3H,#0F8h

mov TMR3L,#054h

cjne A, DPL, Input1_6

;-

; Частота дискретизации 25 КГц

;-

_25KHz1:

cjne kf1, #007h, _5KHz1

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3H,#0F0h

mov RCAP3L,#084h

mov DPTR, #000h

Input1_7:

mov SFRPAGE, #00Fh

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

mov SFRPAGE, #001h

mov TMR3CN, #004h

; задержка 39 690 нс

jnb TMR3CN.7,$

nop

nop

mov TMR3CN,#000h

mov TMR3H,#0F0h

mov TMR3L,#084h

cjne A, DPL, Input1_7

;-

; Частота дискретизации 5 КГц

;-

_5KHz1:

cjne kf1, #008h, _2_5KHz1

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3H,#0B2h

mov RCAP3L,#004h

mov DPTR, #000h

Input1_8:

mov SFRPAGE, #00Fh

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

mov SFRPAGE, #001h

mov TMR3CN, #004h

; задержка 199690 нс

jnb TMR3CN.7,$

nop

nop

mov TMR3CN,#000h

mov TMR3H,#0B2h

mov TMR3L,#004h

cjne A, DPL, Input1_8

;-

; Частота дискретизации 2.5 КГц

;-

_2_5KHz1:

cjne kf1, #009h, _500Hz1

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3H,#063h

mov RCAP3L,#0E4h

mov DPTR, #000h

Input1_9:

mov SFRPAGE, #00Fh

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

mov SFRPAGE, #001h

mov TMR3CN, #004h

; задержка 399 690 нс

jnb TMR3CN.7,$

nop

nop

mov TMR3CN,#000h

mov TMR3H,#063h

mov TMR3L,#0E4h

cjne A, DPL, Input1_9

;-

; Частота дискретизации 500 Гц

;-

_500Hz1:

cjne kf, #010h, _250Hz1

; Задание числа c которого считает таймер

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3L,#000h

mov RCAP3H,#000h

mov DPTR, #000h

Input1_10:

mov SFRPAGE, #00Fh

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

mov SFRPAGE, #001h

mov TMR3CN, #004h

; задержка 1 999 690 нс

mov i,#3

M1_10:

mov TMR3CN, #004h

jnb TMR3CN.7,$

mov TMR3CN,#000h

mov TMR3H,#000h

mov TMR3L,#000h

djnz i, M1_10

cjne A, DPL, Input1_10

;-

; Частота дискретизации 250 Гц

;-

_250Hz1:

cjne kf1, #011h, ExitInputADC

; Задание числа c которого считает таймер

mov SFRPAGE, #001h

mov RCAP3L,#000h

mov RCAP3H,#000h

mov DPTR, #000h

Input1_11:

mov SFRPAGE, #00Fh

mov A, Padc1

movx @DPTR, A

inc DPTR

mov A, #0F0h

mov SFRPAGE, #001h

mov TMR3CN, #004h

; задержка 3 999 690 нс

mov i,#006d

M1_11:

mov TMR3CN, #004h

jnb TMR3CN.7,$

mov TMR3CN,#000h

mov TMR3H,#000h

mov TMR3L,#000h

djnz i, M1_11

cjne A, DPL, Input1_11

ExitInputADC:

ret

;-

; Подпрограмма заполняет память XRAM данными,

; которые записываются в память дисплея

;-

Converting:

mov DPTR, #200h

L1: ; Смещение адреса на 240 байтов назад

mov A, DPH

clr C

subb A, #02h

mov DPH, A

movx A, @DPTR

mov R1, A; в R1 номер пикселя в строке

; вычисление адреса байта на дисплее

mov B, #08h

div AB

mov R3, A; в R3 адрес байта

; вычисление номера пикселя в байте

inc A

mov B, #08h

mul AB

clr C

subb A, R1

; установка бита в байте

mov R7, A

inc R7

mov A, #01h

L0: RLC A

dec R7

cjne R7, #00h, L0

mov R7, A; в R7 содержимое байта

; запись в XRAM байта с установленным битом

mov DPH, #02h

mov DPL, R3

mov A, R7

movx @DPTR, A

mov A, DPH

cjne A, #1Fh, L1

; Запись метки конца массива данных

mov DPTR, #2000h

mov A, #0A1h

movx @DPTR, A

ret

;-

; Таблицы и данные

;-

; Инициализация параметров SED1335.

; установка системы

msg1: db 30h, 87h, 07h, 27h, 39h, 0EFh, 28h, 0h, 0A1h

; прокрутка

msg2: db 0, 0, 0EFh, 0B0h, 04h, 0EFh, 0, 0, 0, 0, 0A1h

msg3: db 04h, 86h, 0A1h; форма курсора

msg4: db 01h, 0A1h; параметр наложения

msg5: db 16h, 0A1h; включение / выключение дисплея

msg6: db 0B0h, 04h, 0A1h; установка курсора на графическую страницу

msg11: db' ', 01Ah

msg18: db 0, 01Ah; параметр прокрутки по горизонтали

END

Размещено на Allbest.ru