Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Разработка структурной схемы устройства

2. Выбор МК и АЦП

3. Разработка принципиальной схемы и выбор электронных компонентов

4. Описание работы устройства

5. Описание программы для микроконтроллера

Заключение

Список использованных источников

Введение

В ходе развития технологии микроэлектроники происходила миниатюризация электронных схем, и появились СБИС. Массовое производство СБИС привело к их удешевлению. Одним из дешёвых и миниатюрных устройств является микроконтроллер (МК). Микроконтроллер - это СБИС, содержащая на одном кристалле процессор, ПЗУ, ОЗУ, последовательный или параллельный интерфейс связи, таймеры, схему прерываний и другие периферийные устройства. Таким образом, на одной ИС можно реализовать множество различных устройств, в которых требуется управлять каким то процессом. Причём совершенствование технологии изготовления СБИС привело к повышению их производительности, и микроконтроллеры могут достаточно быстро реагировать на событие и обрабатывать его.

В настоящее время бурно развиваются цифровые приборы. Причём из-за лучших характеристик цифровые приборы вытесняют аналоговые приборы.

Можно выделить следующие преимущества цифрового осциллографа:

- высокая точность измерений;

- яркий хорошо сфокусированный экран на любой скорости развёртки;

- возможность отображения сигнала до момента запуска;

- возможность останова обновления экрана на произвольное время;

- возможность детектирования импульсных помех;

- автоматические средства измерения параметров сигналов;

- возможность подключения принтера для создания отчётов измерений;

- возможность статистической обработки сигнала;

- средства самодиагностики и самокалибровки;

- резко очерченные контуры изображения сигнала;

- возможность исследовать детально переходные процессы;

- считывание предварительно записанных данных;

- широкие аналитические возможности и упрощённая архивация;

- возможность сравнения предварительно записанных данных с текущими.

Цифровые осциллографы выпускаются либо в виде самостоятельных приборов, либо в виде приставки к ПК. Устройства на основе ПК относятся к новому направлению в измерительной технике - виртуальные приборы. Теперь специалисту достаточно подключить к компьютеру дополнительное устройство - модуль цифрового осциллографа, для того чтобы начать измерения и анализ физической величины. При этом программная часть виртуального прибора эмулирует переднюю управляющую панель стационарного измерительного устройства. С помощью мыши и клавиатуры осуществляется управление прибором, специальными программами обработка, поступившей информации, а также её хранение на накопителе на жёстком диске.

Теми же возможностями обладают осциллографы с ЖКД (жидкокристаллическим дисплеем). Все возможности связанные с автоматизаций измерений встроены в цифровой осциллограф.

Актуальность темы

В настоящее время на рынке измерительной техники присутствует множество производителей цифровых запоминающих осциллографов (ЦЗО). Наиболее преуспевающие производители в России: «АКТАКОМ», ОАО «Руднёв - Шиляев», ЗАО «Компания Сигнал». Лидирующие производители за рубежом: компании «Tektronix», «Hitachi-Denshi», «Agilent Technologies», «LeCroy», «GaGe Applied Technologies», Good Will instrument Co. Ltd, фирма «Chauvin Arnoux», корпорация «Fluke».

ЦЗО используются для исследовательских работ или для тестирования, наладки, настройки электронных устройств.

Постановка задачи

В работе ставится задача придумать функциональную схему устройства, разработать в графическом редакторе OrCAD Capture принципиальную схему. В ходе разработки схем подобрать подходящие микросхемы для обеспечения нужных характеристик осциллографа. Написать программу для микроконтроллера.

Разрабатываемый цифрового осциллографа должен обладать следующими основными параметрами:

Число каналов: 2

Разрядность АЦП: 8

Частота дискретизации АЦП: 20 МГц

Размер кадра: 240 байт

Максимальный диапазон входного напряжения: В

Количество вольт на деление, В/дел: 1, 0.5, 0.2, 0.1, 0.01

Количество времени на деление: от 500 нс/дел до 10 с/дел

Полоса пропускания по уровню - 3 дБ аналогового блока: 10 МГц

Входное сопротивление:1 МОм

Входная ёмкость: 20 пФ

Устройство отображения: ЖКД 320X240

1. Разработка структурной схемы устройства

Аналоговый сигнал перед оцифровкой в зависимости от амплитуды и выбранного пользователем количества вольт на деление (В/дел) нужно, как известно, ослабить или усилить. Важно, чтобы напряжение на аналоговом входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) после преобразований не выходило за пределы максимального допустимого значения. Обычно размах напряжений аналогового входа АЦП равен 1 В (от - 0.5 В до + 0.5 В), а шаг квантования 8 - разрядного АЦП равен 0.004 В. Поэтому напряжение от 0.5 В до 5 В нужно уменьшить по амплитуде, чтобы не превысить максимальные значения, а напряжение от 0.004 В до 0.5 В - усилить перед оцифровкой для получения большей информации о сигнале. Для этого на вход ставятся аттенюаторы и усилитель [1]. На рисунке 1.1 представлена функциональная схема аналогового блока для одного канала.

Информацию о сигнале после оцифровки с помощью АЦП нужно быстро сохранить в память, так чтобы сохранилась его частота дискретизации. Для выполнения условия нужно, что бы время доступа у памяти (tдос) совпадало с периодом дискретизации АЦП (Tд). В нашем случае Tд= tдос = 50 нс.

На рисунке 1.2 изображена структурная схема устройства. МК предназначен для обработки информации о сигнале и передачи данных на ЖКД. Чем выше скорость работы МК, тем больше информации о сигнале удаётся получить.

2. Выбор МК и АЦП

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. В таблице 2.1 приведены результаты обзора микроконтроллеров с наиболее популярными микропроцессорными ядрами MCS-51 и PIC. Из таблицы выберем по главному параметру - быстродействию лучший МК.

Таблица 2.1 - Результаты обзора микроконтроллеров различных производителей

Производитель	Наименование	Тактовая частота, МГц	Количество линий ввода - вывода	Размер ОЗУ, байт	Интерфейсы
Intel	87C51FC-20	20	32	256	UART
Atmel	AT89C51RB2	60	32	1280	UART
Dallas Semiconductor	DS87C550	33	55	1280	2 UARTs
Silicon Laboratories	C8051F120	100	64	8448	2 UARTs, SMBus, SPI
Microchip	PIC18F4455	48	34	2048	USB 2.0, I2C, SPI, USART

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 33MHz, что эквивалентно работе стандартного МК с тактовой частотой до 99MHz.

МК C8051F120 выполняет 70% команд за 1 или 2 такта и обладает производительность до 100 MIPS на тактовой частоте 100МГц. 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

Как видно из структурной схемы аналогового блока нужно рассчитать аттенюаторы или делители напряжения для ослабления сигнала по амплитуде.

Рисунок 3.1 - Делитель напряжения

Предположим, что нагрузки нет, тогда по закону Ома

, а

Для различных делителей будет меняться коэффициент ослабления . , так как входное сопротивление входа осциллографа равно 1 МОм. В таблице 3.1 приведены результаты расчёта номиналов резисторов для делителей.

Таблица 3.1 - Номиналы резисторов для аттенюаторов

	, МОм	, МОм
	0.5	0.5
	0.8	0.2
	0.9	0.1

Резисторы на высоких частотах имеют паразитную ёмкость на подложку. Проволочные резисторы ведут себя хорошо на частотах до 50 кГц, углеродные резисторы используются на частотах до 1 МГц. Для данной схемы нужно использовать плёночные резисторы, которые имеют стабильные параметры на частотах до 100 МГц.

При работе в режиме постоянного напряжения сигнал подаётся сразу на делитель, а при работе с переменны напряжением для отсечения постоянных составляющих сигнала на вход ставится конденсатор. Конденсатор имеет комплексное сопротивление . На частоте 10 МГц при С = 100 нФ , что нам и требуется.

Делители должны отключаться и подключаться к цепи по отдельности. Для этого будем использовать аналоговые ключи ADG201, обладающие сопротивлением 60 Ом в открытом состоянии и размахом напряжения аналогового входа . Таким образом, коэффициент деления делителей не будет искажаться [2].

Для усиления сигнала будем использовать сдвоенный ОУ AD8008. ОУ имеет полосу пропускания по уровню -3 дБ равную 600 МГц при коэффициенте усиления и диапазон напряжения на входе равный .

На рисунки 3.2 показана рекомендуемая производителем схема включения [3].

Как известно при не инвертирующем включении идеального ОУ, его коэффициент усиления определяется простой формулой:

.

Для задания коэффициента усиления в документации рекомендуется использовать следующие номиналы резисторов в: . Так как ключ включённый в цепь обратной связи ОУ имеет сопротивление в открытом состоянии 60 Ом, номинал .

Для фильтрации ВЧ помех в цепи питания микросхем включаем конденсаторы.

На рисунке 3.3 представлена схема аналогового блока.

Выбранный АЦП имеет дифференциальные аналоговые входы. Для преобразования однопроводного сигнала в дифференциальный производитель рекомендует использовать ВЧ трансформатор ADT1-1WT, который имеет сопротивление 75 Ом и полосу пропускания 800 МГц [4]. Трансформатор не пропускает постоянный ток, поэтому для измерения постоянного напряжения будем использовать встроенный в микроконтроллер АЦП.

Через состояние входов S1 и S2 задаётся режим вывода данных на цифровые выходы D7-D0. При S1=1, S2=0 (нормальный режим) данные на цифровые выходы канала A и B выводятся одновременно, как показано.

АЦП имеет встроенный источник опорного напряжения (ИОН) напряжением 1.25 В, который подключен к выводу REFOUT. Ко входам REFINA и REFINB можно подключить внешний ИОН. Мы будем использовать встроенный источник, поэтому эти выводы не используются.

При подаче высокого уровня на вход DFS (Data Format Output) данные выводятся в дополнительном коде, а при низком уровня - в прямом коде.

На вход ENCA и ENCB подадим тактовый сигнал от МК для запуска процесса преобразования. На рисунке 3.5 изображена схема включения АЦП.

Порт P4 и P5 микроконтроллера подключены к цифровым выходам канала A и B АЦП соответственно.

Порт P0 используется для вывода сигнала тактирования АЦП. Порт P3 - для подачи сигналов управления на ЖКД.

Порт P1 - используется для вывода данных на ЖКД.

Вывод VDD - напряжение питания цифровой части МК, DGND - земля цифровой части МК. Вывод AV+ - напряжение питания аналоговой части МК, DGND - земля аналоговой части МК [5].

TMS, TCK, TDI, TDO - выводы через которые производится загрузка и отладка программы. Они соединены c выводами JTAG интерфейса.

Так как мы будем использовать встроенный тактовый генератор с частотой 24.5 МГц, выводы XTAL1 и XTAL2 не используются. MONEN - монитор питания при высоком уровне напряжения на нём сбрасывает микроконтроллер, если VDD<VRST, а при низком уровне - он отключен.

На вывод VREF выводится напряжение ИОН. Вход VREFA подключим к выходу VREF для того чтобы использовать внутренний ИОН для работы АЦП. Таким образом, встроенный в МК АЦП будет измерять постоянное напряжение.

Для измерения постоянного напряжения с канала 1 будем использовать вход AIN0.1, а для измерения постоянного напряжения с канала два - вход AIN0.2.

К порту P6 подключаются 8 кнопок, с помощью которых задаётся количество вольт на деление. К порту P7 подключены такие же кнопки, но с помощью них задаётся количество секунд на деление. После нажатия кнопка остаётся нажатой. Повторное нажатие переводит кнопку в исходное состояние. Схема иерархического блока кнопок приведена.

Ко входу P2 подключены цифровые входы ключей. Подключение произведено через дешифраторы, чтобы уменьшить длину управляющего кода.

Для отображения осциллограммы воспользуемся ЖКД производства компании «Hantronix» HDM3224-1 c разрешением 320x240 пикселов и встроенным контроллером SED1335 фирмы «Epson».

Описание контактов SED1335 [6]:

Выходы:

VA0 - VA15 - 16 разрядный адрес памяти дисплея. Выходы подключены к адресным входам микросхем памяти.

VD0 - VD7 - 8 разрядная шина данных дисплея. Шина соединена с шинами данных микросхем памяти.

VRD - активный по низкому уровню выход управления чтением памяти дисплея.

VCE - активный по низкому уровню сигнал управления режимом ожидания статической памяти.

VWR - активный по низкому уровню выход управления записью памяти дисплея.

XD0 - XD3 - 4 разрядные выходы данных Х-драйвера (управление столбцами). Выходы соединены со входами данных D3 - D0 дисплея.

XSCL - выход, вырабатывающий сигнал тактирования для сдвигового регистра (соединён со входом CP дисплея). Задний фронт XSCL защёлкивает данные XD0…XD3 на входе регистра сдвига.

LP - защёлка импульса. Защёлкивает сигнал на сдвиговых регистрах Х-драйвера в защёлках выходных данных. LP - сигнал, отпирающий по заднему фронту, и приходящий один раз в каждой строке дисплея.

YD - пусковой импульс развёртки. Он действует во время последней строки каждого кадра и сдвигает Y-драйверы один за другим (по YSCL), для проверки общих соединений дисплея.

Входы:

XG и XD - входы, к которым подключается внешний тактовый генератор

VDD - напряжение питания от 2.7 В до 5.5 В.

VSS - общий вывод.

D0 - D7 - шина данных. Контакты входа/выхода на три состояния. Подключаются к микропроцессорной шине данных.

SEL1 и SEL2 - контакты выбора интерфейса микропроцессора (таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Виды интерфейсов, поддерживаемые контроллером SED1335

SEL1	SEL2	Интерфейс	A0	RD	WR	CS
0	0	Семейство 8080	A0	RD	WR	CS
1	0	Семейство 6800	A0	E	R/W	CS

A0 - выбор типа данных. А0, в конъюнкции с сигналами RD и WR или R/W и Е, контролирует тип доступа к SED1335F, как показано ниже в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Функции, поддерживаемые контроллером SED1335, настроенного на интерфейс семейства 8080

А0	RD	WR	Функция
0	0	1	Чтение флага статуса
1	0	1	Чтение данных дисплея и адрес курсора
0	1	0	Запись данных дисплея и параметров
1	1	0	Запись команды

RD или E - сигнал чтения или разрешения. Когда выбран интерфейс семейства 8080, этот сигнал действует как активный низко уровневый строб-импульс чтения.

WR или R/W - сигнал записи. Когда выбран интерфейс семейства 8080, этот сигнал действует как активный низко уровневый строб-импульс чтения. Шина данных защёлкивается по переднему фронту этого сигнала.

CS - выбор чипа. Этот активный по низкому уровню вход разрешает SED1335F.

RES - сброс. Этот активный по низкому уровню вход осуществляет аппаратный сброс SED1335F.

4. Описание работы устройства

Аналоговый сигнал подаётся на вход Ain1 или Ain2. Сигнал ослабляется или усиливается по амплитуде в зависимости от заданного количества вольт на деление. После этого он преобразуется в дифференциальную форму трансформатором. И затем попадает на аналоговый вход АЦП. АЦП оцифровывает сигнал и каждые 25 нс на цифровых выходах АЦП появляется цифровой код соответствующий определённому уровню напряжения. Этот цифровой код считывается МК и записывается в память XRAM через промежуток времени, зависящий от количества секунд на деление. То есть происходит прореживание цифрового кода.

После записи в память, МК не реагирует ни на какие прерывания, а выводит информацию о сигнале в виде осциллограммы на ЖКД. После вывода одного кадра происходит считывание следующего кадра с выходов АЦП.

5. Описание программы для микроконтроллера

Разработка программы для МК C8051F120 фирмы Silicon Laboratories с системой команд совместимой с MCS - 51 проводилось с помощью программного продукта Keil mVision2 версии 2.40a, симулирующего работу МК.

Программа состоит из блока настройки портов ввода - вывода, генератора, периферийных устройств, прерываний, ЖКД и подпрограммы для ввода данных с АЦП - InputADC. На рисунке 5.1 показана блок - схема алгоритма программы для МК.

Используемые в программе переменные:

– kfn - коэффициент частоты дискретизации (n=1 или 2 - номер канала);

– CoefAmplif - содержит число выводимое в порт P6 для задания коэффициента усиления;

– i - переменна - счётчик;

– Num - переменная, используема для записи в XRAM последовательности чисел;

– Switch - порт, управляющий аналоговыми коммутаторами;

– Button_kf - порт, к которому подключены кнопки задающие kf

– Button_CefAmplif - порт, к которому подключены кнопки задающие CefAmplif

– Padc1 - АЦП канал 1;

– Padc2 - АЦП канал 2;

Сначала программа подключает файл с определением регистров специального назначения, которые имеются в данном микроконтроллере. Регистрам общего назначения присваиваются имена переменных приведённых выше. Порты P4 и P5 подключены к цифровым выходам АЦП и настроены как цифровые входы с открытым стоком. С помощью приоритетного декодера матрицы на разряд P0.0 выводится сигнал тактирования АЦП с частотой SYSCLK/4 (SYSCLK=100 МГц).

В переменную kf производится запись в младшие четыре разряда - коэффициента kf1 для задания частоты дискретизации сигнала с канала 1 и в старшие четыре разряда - коэффициента kf2 для задания частоты дискретизации сигнала с канала 2. Связь значения коэффициента и частоты дискретизации приведена в таблице 3.1 (n=1 или 2).

Таблица 5.1 - Связь коэффициента частоты и периода дискретизации

kfn	f, Гц	T, с	TimeOnDiv
1	10М	100н	4 мкс
2	5М	200н	5 мкс
3	2.5М	400н	10 мкс
4	500к	2мк	50 мкс
5	250к	4мк	100 мкс
6	50к	20мк	500 мкс
7	25к	40мк	1 мс
8	5к	200мк	5 мс
9	2.5к	400мк	10 мс
10	500	2м	50 мс
11	250	4м	100 мс

Частота дискретизации соответствующая количеству секунд на деление определяется по формуле:

,

где n - количество байт содержащих информацию об уровне сигнала;

TimeOnDiv - количество секунд на деления;

tmax и tmin - границы временного интервала.

Скорость работы МК позволяет сохранять информацию о сигнале за 90 нс. Поэтому максимальная частота дискретизации сигнала

(5.1).

Необходимая частота дискретизации сигнала задаётся с помощью задания задержки между считываниями данных с АЦП. Для создания задержки используется таймер TMR3. Таймер тактируется системным тактовым сигналом, и изменение значения таймера на 1 происходит каждые 10 нс. Для создания необходимой задержки в таймер записывается число, с которого он начинает счёт. Флаг переполнения таймера проверяется до тех пор, пока таймер не переполнится. Таким образом, создаётся задержка с точностью до 10 нс.

В переменную CoefAmplif загружается байт данных, содержащий информацию о коэффициенте усиления и о виде измеряемого напряжения (переменного или постоянного). Биты 7 и 6 управляют ключами S2A и S2C соответственно, которые подключают или отключают конденсатор. Биты 5, 4, 3 и 2, 1, 0 задают коэффициент усиления или ослабления Ku для канала 1 и канала 2 соответственно. цифровой осциллограф микроконтроллер сигнал

Связь Ku и вида измеряемого напряжения с числом в переменной CoefAmplif приведена в таблице 5.2 (n=1 или 2 - номер канала).

Таблица 5.2 - Зависимость Ku и вида напряжения от CoefAmplif

CoefAmplif	Вид напряжения	Kun
XX 000 000	X	1/2
XX 001 001	X	1/5
XX 010 010	X	1/10
XX 011 011	X	10
XX 100 100	X	1
XX 000 000	DC	X
XX 000 000	AC	X

Ниже представлена блок-схема программы для МК.

Ниже приведено более подробное описание настройки контроллера SED1335.

После вывода кода 40h (команда «System Set») на шину данных контроллера, производится вывод восьми байтов (P1 - P8), содержащих параметры команды.

В программе задаются следующие значения этих параметров:

P1=30h.

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 44hрр):

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 5Dhрр):

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 4Сhрр. Два младших бита кода команды CD1 и CD2 сброшены, поэтому курсор будет двигаться вправо.

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

P1 = 0 - ноль пикселей для прокрутки.

Значения параметра команды «OVERLAY» (код 5Ahрр): 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 (Рисунок 5.2).

На рисунке 5.3 более подробно приведены блок-схемы подпрограмм для записи команд и данных в память дисплея.

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.

Текст программы представлен в приложении A. В программе приведена только подпрограмма InputADC1, так как подпрограмма InputADC2 - такая же.

Изменены лишь названия переменных.

240 команд идущих подряд, записывающих данные с АЦП с частотой дискретизации 10 МГц также не приведены.

Заключение

После выполнения работы была разработана 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.

Доработка цифрового осциллографа

Разрабатываемое устройство должно отображать на дисплее неподвижное изображение осциллограммы. Для этого все осциллографы имеют три основных режима синхронизации: автоколебательный, ждущий и однократный.

По умолчанию осциллограф работает в автоколебательном режиме. При ждущем режиме сигнал отображается не непрерывно, а только с приходом сигнала. При этом происходит отображение сигнала полностью. В однократном режиме сигнал оцифровывается и отображается при нажатии кнопки «СТАРТ».

Также обычно имеется возможность выбирать источник синхронизации внешний или внутренний. При внутренней синхронизации сигнала при рисовании графика функции U(t), момент времени t=0 делают совпадающим с моментом начала следующего периода исследуемого аналогового сигнала на входе осциллографа, а при внешней - с моментом начала внешнего сигнала синхронизации.

В автоколебательном режиме для получения чёткого изображения на панель прибора выводится регулятор уровня запуска (LEVEL) и переключатель выбора запускающего перепада положительного или отрицательного (SLOPE).

В нажатом состоянии ручки запуск развертки осуществляется по фронту, в вытянутом - по спаду. Регулятор LEVEL определяет точку на выбранном фронте, при пересечении которой запускается развертка.

Дле регулировки уровня подключим ко входу Ain0.0 потенциометр. Напряжение на Ain0.0 может меняться от 0 до 1 В. Ain0.0 подключим при программировании к 10 - ти разрядному ADC0.

Для настройки АЦП0 загружаются регистры AMX0CF, AMX0SL, ADC0CF, ADC0CN значениями приведёнными в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Регистры для настройки и управления АЦП0

Название регистра	Значение	Описание
AMX0CF	xxxx0000	Регистр настройки AMUX0
AMX0SL	xxxx0000	Регистр выбора канала AMUX0
ADC0CF	11111000	Регистр конфигурации АЦП0
ADC0CN	10000000	Регистр управления АЦП0
ADC0H	11111111	Регистр старшего байта слова данных АЦП0
ADC0L	11111111	Регистр младшего байта слова данных АЦП0

В результате настройки Ain0.0 - Ain0.7 - независимые одиночные входы.

Выбран канал Ain0.0 мультиплексора.

Частота дискретизации вычисляется из формулы:

 ,

где - системная тактовая частота (100 МГц);

- число, задаваемое битами 3 - 7 регистра ADC0CF.

Коэффициент усиления встроенного усилителя равен 1.

Более подробно опишем назначения битов регистра ADC0CN:

Бит 7: AD0EN: Бит включения АЦП0.

0: АЦП0 отключен. АЦП0 находится в режиме пониженного энергопотребления.

1: АЦП0 включен. АЦП0 находится в активном режиме и готов к преобразованию данных.

Бит 6: AD0TM: Бит установки режима слежения АЦП0.

0: Нормальный режим слежения: Когда АЦП0 включен, слежение осуществляется всегда, за исключением момента преобразования.

1: Энергосберегающий режим слежения: Режим слежения определяется битами AD0CM1-0 (см. ниже).

Бит 5: AD0INT: Флаг прерывания от АЦП0 (устанавливается при завершении преобразования).

Этот флаг должен быть сброшен программно.

0: АЦП0 не закончил преобразование данных (с момента последнего обнуления этого флага).

1: АЦП0 закончил преобразование данных.

Бит 4: AD0BUSY: Бит занятости АЦП0.

Чтение:

0: Преобразование данных завершено или в данный момент преобразование не осуществляется.

При аппаратном обнулении этого бита флаг AD2INT устанавливается в 1.

1: Идет процесс преобразования данных АЦП0.

Запись:

0: Не оказывает никакого влияния.

1: Инициирует запуск преобразования АЦП0, если биты AD2CM1-0 = 00b.

Биты 3-2: AD0CM1-0: Биты выбора режима запуска преобразования АЦП0.

Если AD2TM = 0:

00: Запуск преобразования осуществляется установкой в 1 бита AD2BUSY.

01: Запуск преобразования осуществляется при переполнении Таймера 3.

10: Запуск преобразования осуществляется нарастающим фронтом внешнего сигнала CNVSTR2.

11: Запуск преобразования осуществляется при переполнении Таймера 2.

Если AD2TM = 1:

00: слежение (выборка) начинается в момент установки в 1 бита AD2BUSY и длится 3 периода сигнала дискретизации АЦП0; затем начинается преобразование данных.

01: слежение (выборка) начинается при переполнении Таймера 3 и длится 3 периода сигнала дискретизации АЦП0; затем начинается преобразование данных.

10: слежение (выборка) происходит лишь при низком уровне сигнала на входе CNVSTR2; преобразование запускается нарастающим фронтом сигнала на входе CNVSTR2.

11: слежение (выборка) начинается при переполнении Таймера 2 и длится 3 периода сигнала дискретизации АЦП0; затем начинается преобразование данных.

Бит 1: AD2WINT: Флаг прерывания от детектора диапазона АЦП0 (сбрасывается программно)

0: Преобразованные данные не соответствуют заданному диапазону (с момента последнего обнуления этого флага).

1: Преобразованные данные соответствуют заданному диапазону

Бит 0: AD2LJST: Бит выравнивания результата преобразования

0: Данные в регистровой паре ADC0H:ADC0L выровнены вправо

1: Данные в регистровой паре ADC0H:ADC0L выровнены влево

Список использованных источников

1. Б.П. Хромой, Ю.Г. Моисеев. Электрорадиоизмерения. Учебник для техникумов. - M: Издательство "Радио и связь", 1985г.

Размещено на Allbest.ru