51C程控放大的简易数字显示示波器

基于51单片机C 语言编写程控放大的简易数字显示示波器摘要 基于STC89C52单片机设计的具有微小信号峰峰值和频率测量及显示功能的简易数字显示示波器。

（附protel 设计图和C 语言程序）程序控制自动换挡功能的峰峰值测量范围为0到5V （由于AD 芯片最高输入信号为5V 的限制），频率测量范围为0到5K ；所有模块包括程控放大电路，AD 采样模块，基于LM324过零比较器信号整形模块，单片机程序设计模块。

此说明说给出了硬件与软件的设计方案与内容。

关键字 单片机 简易显示示波器 程控放大系统设计原理及方案显示微处理器键盘信号放大ADC信号整形被测信号系统原理框图被测信号的峰峰值与频率被分开独立的测量和同时显示。

第一条通道：通过程控放大后的信号接到AD 输入端转换完成峰峰值测量。

第二条通道：通过LM324过零比较将信号整形成方波脉冲完成频率测量。

最后通过单片机程序控制，键盘扫描与LCD 显示，同时将峰峰值与频率显示出来。

电路设计部分：包括过零比较器整形模块与程控放大模块。

电压比较器原理简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。

图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+” 端) 及反相输入端(“-”端)，有一个输出端V out(输出电平信号)。

另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压V A ，反相端输入VB 。

V A 和VB 的变化如图1(b)所示。

在时间0～t1时，V A>VB ；在t1～t2时，VB>V A ；在t2～t3时，V A>VB 。

在这种情况下，V out 的输出如图1(c)所示：V A>VB 时，V out 输出高电平(饱和输出)；VB>V A 时，V out 输出低电平。

根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。

如果把V A输入到反相端，VB输入到同相端，V A及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则V out输出如图1(d)所示。

与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。

输出电平变化与V A、VB 的输入端有关。

过零比较器用到LM324芯片，采用双电源供电。

反相端接地成为零参考电压。

LM324芯片封装图最开始的过零比较电路设计：经过实验，发现不能满足要求，波形的占空比很不均匀，在幅值为50mV的时候就测不到方波波形。

并且电压太低不能驱动单片机计数。

经过最后的修改的电路设计：电阻值选用R1=1K 负载R2=1.5K R3=3K 上拉R4=1K，图中将9014发射极接-5V改为接地。

放大部分电路图：将Rf 改为可编程控制调阻的电阻程序部分：包括程控放大模块、AD采样模块、频率测量模块、键盘控制与LCD1602显示模块#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit DI=P1^5;sbit DO=P1^4;sbit CLK=P1^3;sbit CS=P1^2;sbit rs=P3^5;sbit lcden=P3^4;sbit rd=P3^7;uchar flag,adval,adval1,temp,adval1,tongdao;uint freq,count,aa,bb,num,num1;float tt,beishu;uchar table[]="Vpp =",table1[]="Freq=",table2[]="mV",table3[]="Hz",table4[],table5[]; void delay(uint z){uint t1,y;for(t1=z;t1>0;t1--)for(y=110;y>0;y--); }/******写指令***********/ void write_com(uchar com) {rs=0;lcden=0;P0=com;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;}/******写数据***********/ void write_data(uchar date) {rs=1;lcden=0;P0=date;delay(1);lcden=1;delay(1);lcden=0;}/****ADC0832采样******/ void init_0832(){CLK=0; //CLK拉低DI=1;CS=0; //片选打开CLK=1; //第一个脉冲CLK=0;DI=1; //CH0CLK=1; //第二个脉冲CLK=0;DI=0; //CH1CLK=1; //第三个脉冲CLK=0;temp=0;for(num=8;num>0;num--){CLK=1;CLK=0;temp=(temp<<1)|DO;}CS=1;}/****初始化程序*****/void init(){P2=0x00;beishu=1;tongdao=0;T2CON=0X09; //设置T2为捕获模式，下降沿则产生中断TH2=0;TL2=0;ET2=1; // 开定时器2TR2=1; //启动计数器TMOD=0x01;TH0=(65536-45872)/256;TL0=(65536-45872)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;rd=0;lcden=0;write_com(0x38); //显示模式设置write_com(0x0c); //开显示，不显示光标，光标不显示write_com(0x06); //读一字符后指针加1，光标加1；整屏不移动write_com(0x80); //光标地址指针设于起始位for(num=0;num<5;num++){write_data(table[num]);}write_com(0x80+0x40);for(num=0;num<5;num++){write_data(table1[num]);}write_com(0x80+0x0c);for(num=0;num<2;num++)write_data(table2[num]);write_com(0x80+0x4c);for(num=0;num<2;num++)write_data(table3[num]);}/*********写入峰峰值*************/ void write_Vpp(uchar add,uint date) {uchar qian,bai,shi,ge;qian=date/1000;bai= date%1000/100;shi=date%100/10;ge=date%10;write_com(0x80+add);write_data(0x30+qian);write_data(0x30+bai);write_data(0x30+shi);write_data(0x30+ge);}/*********写入频率***************/ void write_Freq(uchar add,uint date) {uchar wan,qian,bai,shi,ge;wan=date/10000;qian=date%10000/1000;bai= date%1000/100;shi=date%100/10;ge=date%10;write_com(0x80+0x40+add);write_data(0x30+wan);write_data(0x30+qian);write_data(0x30+bai);write_data(0x30+shi);write_data(0x30+ge);}/********放大倍数检测**********/ void FangDa_T est(){EA=0;adval=0;adval1=0;num1=10000;beishu=1;tongdao=0;P2=tongdao;delay(500);while(num1--) // 采集次数{init_0832();if(temp>adval)adval=temp;}if((adval>=0x00)&&(adval<=0x01)) //0mv~~30mv 均为幅值{tongdao=5;beishu=100;}if((adval>0x01)&&(adval<=0x03)) //31mv~58mv {tongdao=4;beishu=62;}if((adval>0x03)&&(adval<=0x05)) //59mv~97mv {tongdao=3;beishu=27;}if((adval>0x05)&&(adval<=0x0c)) //98mv~~235mv {tongdao=2;beishu=10;}if((adval>0x0c)&&(adval<=0x1b)) //236mv~~530mv {tongdao=1;beishu=4.71;}if((adval>0x1b)&&(adval<=0x40)) //743mv~~1250mv {tongdao=6;beishu=1.864533;}if(adval>0x40){flag=1;if(adval<0x78)beishu=1.026833;elsebeishu=1.05;}P2=tongdao; //选定通道num1=10000;adval1=0;delay(100); // 采集次数while(num1--){init_0832();if(temp>adval1)adval1=temp;}EA=1;}/****显示程序******/void DisPlay(){tt=(float)adval1;tt=tt*39.06/beishu;if(((tongdao)&&(adval<=0x40))||(flag))write_Vpp(7,tt);flag=0;delay(500);write_Freq(6,freq);}/******定时器0和2用于测频率********/void timer0()interrupt 1{TH0=(65536-45872)/256;TL0=(65536-45872)%256;aa++;if(aa>=40){freq=count;count=0;aa=0;}}void timer2_interrupt(void) interrupt 5 using 1 //中断服务程序{if(EXF2){count++;EXF2=0;}}/*****主程序******/void main(){init();while(1){FangDa_T est();DisPlay();}}总结：用这种方法可以实现一个简易的示波器，整个系统结构简单，清晰。