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摘 要：介绍一种数字存储示波器设计方案；它以DS80C320高速单片机为控制核心，以Franklin C51语言为编程语言，采用点阵型液晶模块进行显示。这种示波器具有实时显示、回显和打印等功能。
关键词：数字存储示波器；高速单片机；液晶显示
1数字存储示波器的总体设计
本方案主要是设计一个集多路数据采集、显示、打印等多项功能于一体的智能测试仪器，满足自动控制原理课程的实验要求。系统总的框图如图1所示。
在自动控制原理实验中，有些典型环节的动态时间较小，只有几百个微秒甚至几十个微妙。为准确得到这些典型环节的动态特征，要求仪器有较快的数据采集速度，也就是必须采用快速的CPU和A/D转换器。本设计采用DS80C320高速单片机，它的单指令周期只需四个机器振荡周期完成；在相同的时钟频率下它的运行速度是51系列单片机的3倍，并且时钟频率可达40M。在典型时钟频率为13MHz条件下，单周期指令执行时间是110ns。DS80C320的指令、引脚和80C32兼容，且DS80C320内部有3个16位定时器/计数器、2个全双工串行口、13个中断源(6个外部中端源)、2个数据指针DPTR0和DPTR1。两个数据指针的设置使得单片机对RAM的读写更加方便、快捷，进一步提高了单片机存取数据的速度。
考虑到有些环节的动态时间较长，可能达到几十秒，系统采用统一的信号采集时间显然是不现实的。为此系统外扩了键盘，由键盘输入来设定数据采集的时间。此设定功能通过四个独立式按键完成，这四个按键还用于实时显示、回显、翻页、打印等功能的选择。
A/D转换器选用MAXIM公司生产的MAX197，显示部分采用128*64点阵液晶显示模块来实现，打印输出选用面板式微型针式打印机完成。扩展的程序存储器选用27C512，容量为64KB。扩展的外部数据存储器选用62C256，容量为32KB，占用低32KB地址单元，它的片选信号接A15。A/D芯片的接口地址为CXXXH，液晶的口地址为AXXXH，打印机的口地址为8XXXH。地址译码由GAL16V8完成。
2硬件设计
2.1单片机与A/D转换器的接口电路
MAX197是美国美信公司(MAXIM)推出的多输入范围、多通道12位模数转换器。它只需单电源+5V供电，通过软件编程选择8个输入通道中的一个进行转换。每个输入通道模拟信号的输入范围也可以编程选择：±10V，±5V，0～10V，0～5V。芯片内自带采样保持器和内部参考电压，单次转换时间仅为6μs，采样速率可达100Kps，该芯片的转换启动和各参数的设定只用一条写指令来完成。转换后的结果分两次输出，输出低8位还是高4位由HBEN决定。MAX197的12位三态并行接口使得其与80C320的连接非常方便，图2所示是MAX197和单片机的接口电路图。80C320的P14用于控制读低8位或高4位，单片机P32接MAX197的INT脚，当模数转换结束后，INT0脚变为低电平，触发单片机的外部中断。单片机可采用中断方式采集数据，也可采用程序查询INT0是否变低来采集数据。
2.2单片机与液晶显示模块MGLS-128*64T的接口
液晶模块选用香港精电公司的MGLS128*64T模块，它采用6963C控制器。硬件接口比较简单，软件编程并不复杂。MGLS-128*64T既有字符显示功能，也有图形显示功能，还具有显示合成功能。利用这些显示功能可以很方便地显示测量的数据、曲线等。由于系统需要显示的字符不多，为减少编程的复杂性，液晶显示采用统一的图形显示方式。字符统一采用8*8点阵显示，汉字统一采用16*16点阵显示。需要显示的字符和汉字点阵数据由字模提取软件产生，写入ROM后供单片机进一步显示使用。
LCD模块接口有数据总线、数据和指令读写控制线，它和CPU的连接有直接控制方式和间接控制方式，本文采用直接控制方式，其接口电路如图3所示。A0接液晶的C/D引脚，这样液晶的数据口地址为A000H，命令口地址为A0001H。
2.3单片机与TPUP40打印机的接口
TPUP40面板式微型打印机是新近推出的一种超小型点阵针式打印机，它的指令和TPUP16兼容，硬件接口也和TPUP16一样。自带微处理器及部分字库，具备图形和曲线打印功能。TPUP40和80320的接口电路如图4所示。
3软件设计
本仪器的软件采用Franklin C51语言编写，使用C语言的优点在于程序编写方便，可读性强，便于模块化，便于维护和升级。以液晶显示为例，下面是用Franklin C51编写的一些初始化和基本读写子程序。
在上面子程序的基础上，可以进一步实现对所测数据、曲线的液晶显示。同样用C51编写了键盘读入、A/D采集、打印管理等子模块程序。键盘读入采用查询方式，主程序循环查询是否有按键按下，并根据按键进行相应的设置，设置完成后进行相应的数据采集、处理和实时显示。然后继续查询读取键值，根据键值执行相应的显示和打印程序等。
4结束语
本文介绍了用Franklin C51开发的基于80C320单片机的数字存储示波器的具体设计方案，详细说明了系统的总体结构，软件设计思路和实现方法。开发出的数字存储示波器很好地满足了自动控制原理教学实验的要求。由于采用了C51语言编程，使得系统的可移植性和可扩充性大大增强，稍做改动即可满足其他电类和自动控制课程实验课的要求。
参考文献
［1］ 黎洪生.智能仪器实时并发打印程序的设计方法［J］.电子与自动化，1995，(1).
［2］ 张林，孙光.12位AD转换器MAX197及其在谐波分析仪中的应用［J］.电子工程师，2002，(5).
［3］ 尹斌，王惠庆，杨志.点阵液晶显示模块MGLS12864T的接口和编程［J］.河南大学学报，2000，(5).
［4］ MAXIM公司.CDROM产品资料全集［M］.2002. |
