手持式示波器

福州大学至诚学院

本科生毕业设计（论文）

题 目： 手持式示波器的设计（硬件部分）

姓 名：张凌峰

学 号：210791272

系 别：信息工程系

专 业：电子科学与技术

年 级：2007级

指导教师：

年 月 日

独创性声明

本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。

论文作者签名： 日期：

关于论文使用授权的说明

本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。

论文作者签名： 指导教师签名： 日期：

手持式示波器的设计（软件部分）

摘要

示波器是电子测量中一种最常用的仪器，被广泛应用于各个领域。示波器分为数字示波器和模拟示波器。模拟示波器采用的是模拟电路（示波管，其基础是电子枪）电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束,并打到屏幕上。屏幕的内表面涂有荧光物质,这样电子束打中的点就会发出光来。 而数字示波器则是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。

本文主要完成了简易数字示波器的设计，包括硬件设计和软件设计两大部分。硬件设计上，信号波形采集采用的是A/D转换器ADc0832，转换时间为时间为32US。ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。控制器选用STC89C52。显示部分采用LCD12864液晶显示模块，具有简单易实现、显示效果好等优点。

Proteus仿真表明，该设计运算速度较快。频率显示准确，可以实现快速读取。该示波器可以实现对模拟带宽为0Hz～50Hz的模拟信号的波形好频率的实时显示。

关键词：单片机，实时采样，波形，频率

I

Design and Implement of Handheld oscilloscopes

Base on SCM

Abstract

An oscilloscope is electronic measurement instruments, the most commonly used widely applied in various fields. Digital oscilloscope and the oscilloscope is divided into analog oscilloscope. Analog oscilloscope with an analog circuit (CRT, which is based on the electron gun) emission electron gun to the screen, launch the electronic form by the focused electron beam, and hit the screen. The inner surface of the screen coated with fluorescent material, so that the electron beam of light hit to the point will be issued. The digital oscilloscope is the data acquisition, A / D conversion, software programming and a series of technologies created by the high-performance oscilloscope. General support for multi-level digital oscilloscope menu, the user can provide a variety of options, a variety of analysis functions. Some oscilloscopes can provide storage, to achieve the preservation and processing of the waveform.

This paper has completed the design of simple digital oscilloscopes, including hardware design and software design. The hardware design, the signal waveform sampling by 12 successive approximation of the A/D converter AD574A conversion time, for time is less than or equal to 25US conversion, precision 0.05%. Controller chooses STC89C52 and single-chip microcomputer, solve the two STC89C52 single-chip microcomputer, a commonly used oscilloscope shortage problem running speed. Waveform display part adopts LCD module is simple and easy to realize and shows good effect, etc. Frequency display part adopts is six digital display, simple tube.

Proteus simulation shows that the design speed increased significantly. Frequency display correctly, can achieve rapid read. This can make the oscilloscope bandwidth for 0.1~20KHz to simulate the analog signal waveform 20KHz frequency of good real-time display.

Keywords:SCM， Real-time sampling， waveform，frequency

II

目 录

第1章 绪论 ........................................................ 1

1.1 研究背景 ................................................ 1 1.2 研究意义 ................................................ 2 1.3 研究内容 ................................................ 2 1.4 论文组织 ................................................ 3

第2章 手持式示波器 ................................................ 5

2-1 数字示波器基本工作原理 ................................. 5 2-1 数字示波器系统设计 ..................................... 5

第3章 软件部分的设计和实现 ........................................ 8

3.1 系统软件设计 ........................................... 8 3.2 信号采集系统 .......................................... 14 3.3 信号显示系统 .......................................... 17

第4章 调试与仿真 ................................. 错误！未定义书签。 结论 .............................................................. 22 参考文献 .......................................................... 23 谢辞 .............................................................. 24 附录1 程序清单 .................................. 错误！未定义书签。

III

手持式示波器的设计（软件部分）

第1章 绪论

1.1 研究背景

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。这一简单的波形能够说明信号的许多特性:信号的时间和电压值、振荡信号的频率、信号所代表电路中“变化部分”信号的特定部分相对于其它部分的发生频率、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的直流成份和交流成份、信号的噪声值和噪声随时间变化的情况、比较多个波形信号等。示波器的直观显示效果有助于对被测对象的深入理解。典型的示波器产生一个二维的波形，输入端接收电压信号显示在v轴方向上，而时间参数则显示在x轴方向上。传统的示波器是模拟的，用CRT作为显示器件。在电子枪内形成电子束，经过加速、聚焦，然后打在荧屏上，使受撞点发出可见光[1]。

模拟示波器对于非周期性的单次瞬变信号的观测是非常困难的，有时甚至是不可能的。为了将各种信号无失真地显示并存储，就必须采用数字技术。数字存储示波器(DSO, Digital Storage Oscilloscope)是随着模一数转换器(ADC)的发展而趋于实用化的示波器。数字示波器是智能化数字存储示波器的简称, 是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物[2]。与传统模拟示波器相比, 数字示波器不仅具有可存储波形、体积小、功耗低, 使用方便等优点, 而且还具有强大的信号实时处理分析功能。因此在电子电信类实验室中使用越来越广泛。但目前我国使用高性能数字示波器主要依靠国外产品, 而且价格昂贵。因此研究数字示波器具有重要价值[3]。ADC把输入示波器的瞬时值转化为对应数字值，并保存在数字示波器中。采集完成后，从数字示波器中取出这一系列数字，经过适当处理后再现电压对时间的波形。由于数字存储示波器与计算机技术的紧密结合。使其发展非常迅速，目前以成为示波器市场上的主流产品，并逐渐地完全取代模拟示波器

[4]

。

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的

中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。单片机是为满足工业控制而设计的，所以实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O接口直接进行操作，位操作能力更是

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其它计算机无法比拟的。另外，由于CPU、存储器及I/O接口集成在同一芯片内，各部件间的连接紧凑，数据在传输时受到的干扰较小，且不易受环境条件的影响，所以单片机的可靠性非常高。近期推出的单片机产品，内部集成有高速I/O接口、PWM、ADC、WDT等部件，并在低电压、低功耗、串行扩展总线、控制网络总线和开发方式（如在系统编程ISP）等方面都有了进一步的增强[5]。单片机体积小、价格低、可靠性高，其非凡的嵌入式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。目前，单片机应用技术已经成为电子应用系统设计最为常用的技术手段，所以学习和掌握单片机应用技术具有极其重要的意义[6]。

1.2 研究意义

示波器是电子测量中一种最常用的仪器，被广泛应用于各个领域。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线。便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器的直观显示效果有助于对被测对象的深入理解。

1.3 研究内容

数字示波器是智能化数字存储示波器的简称，是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物。与传统模拟示波器相比，狮子示波器不仅具有可存储波形、体积小、功耗低、使用方便等优点，而且还具有强大的信号实时处理分析功能。因此在电子电信类实验室中使用越来越广泛。但目前我国使用高性能数字示波器主要依靠国外产品，而且价格昂贵。因此研究数字示波器具有重要价值。介于此，提出了数字示波器的设计方案，经测试，性能优良。

数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。目前高端数字示波器主要依靠美国技术，对于300MHz带宽之内的示波器，目前国内品牌RIGOL做的示波器在性能上已经可以和国外品牌抗衡，且具有明显的性价比优势[7]。

数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异，如果使用不当，会产生较大的测量误差，从而影响测试任务。

带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值，而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或

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手持式示波器的设计（软件部分）

随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽[3]。所以在测量单次信号时，一定要参考数字示波器的数字实时带宽，否则会给测量带来意想不到的误差

18]

。

采样速率也称为数字化速率，是指单位时间内，对模拟输入信号的采样次数，常以MS/s表示[9]。采样速率是数字示波器的一项重要指标。如果采样速率不够，容易出现混迭现象。如果示波器的输人信号为一个100KHz的正弦信号，示波器显示的信号频率却是50KHz，这是怎么回事呢？这是因为示波器的采样速率太慢，产生了混迭现象。混迭就是屏幕上显示的波形频率低于信号的实际频率，或者即使示波器上的触发指示灯已经亮了，而显示的波形仍不稳定。混迭的产生如图1所示。那么，对于一个未知频率的波形，如何判断所显示的波形是否已经产生混迭呢？可以通过慢慢改变扫速t/div到较快的时基档，看波形的频率参数是否急剧改变，如果是，说明波形混迭已经发生；或者晃动的波形在某个较快的时基档稳定下来，也说明波形混迭已经发生[10]。根据奈奎斯特定理，采样速率至少高于信号高频成分的2倍才不会发生混迭。如一个500MHz的信号，至少需要1GS/s的采样速率。数字示波器可以对数据进行运算和分析，在工业生产中得到了非常广泛的应用。为了让示波器工作在合格的状态，对示波器定期、快速、全面的检定，保证其量值溯源，是摆在测试工程师面前的一项紧迫任务。手工检定效率低，容易出错，对每一种示波器的检定需要测试工程师翻阅大量的资料.自动测试系统具有准确快速地测量参数，自动存储测试数据等特性，是传统的手工测试没有办法达到的。用自动测试系统实现对示波器的程控检定会是仪器检定趋势[11]。

1.4 论文组织

随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，示波器也从模拟示波器向数字示波器发展。同模拟示波器相比，数字示波器具有很多优点，并开始逐步取代模拟示波器，成为市场上的主流。传统的示波器是模拟的，用CRT作为显示器件。在电子枪内形成电子束，经过加速、聚焦，然后打在荧屏上，使受撞点发出可见光。

模拟示波器对于非周期性的单次瞬变信号的观测是非常困难的，有时甚至是不可能的。为了将各种信号无失真地显示并存储，就必须采用数字技术。数字存储示波器(DSO, Digital Storage Oscilloscope)是随着模一数转换器(ADC)的发展而趋于实用化的示波

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器。ADC把输入示波器的瞬时值转化为对应数字值，并保存在数字示波器中。采集完成后，从数字示波器中取出这一系列数字，经过适当处理后再现电压对时间的波形。由于数字存储示波器与计算机技术的紧密结合。使其发展非常迅速，目前以成为示波器市场上的主流产品，并逐渐地完全取代模拟示波器[12]。

本文将在第二章主要介绍论文核心器件的性能，第三章介绍说明系统软件。

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手持式示波器的设计（软件部分）

第2章 手持式示波器

2.1 数字示波器基本工作原理

本设计由单片机STC89C52，A/D数据采集电路，LCD显示电路等部分组成。本电路精度高，功耗低，硬件电路简单，便于携带。其硬件原理图如图2-1所示：

图2-1 硬件原理图

数字示波器主要利用A/D转换技术和数字存储技术来工作。它将模拟信号经过A/D实时采样后产生数字信号并在存储器保存。该示波器首先对模拟信号进行高速采样以获取相应的数字数据并存储，存储器中存储的数据用来在LCD的屏幕上建立信号波形；然后利用数字信号处理技术对采用得到的数字信号进行相关处理与运算，并对被测信号进行实时、瞬态分析，以方便用户了解信号质量。数字示波器将输入的模拟信号经过A/D转换器转换，变成数字信号，显示在LCD液晶上[13]。

2.2 数字示波器系统设计

在手持式示波器总的设计中，主要包括两大部分：1）信号频率测量系统；2）信号波形显示系统。见图2-1和图2-2。

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2-1 测频电路方框图图

图2-1 信号波形显示系统框图

测频电路由前端放大电路，整流电路，以及显示电路，通过STC89C52单片机控制，达到只要有输入信号，就能正确的显示信号频率。接线如图：

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图2-3 电路图

信号调理电路主要包括同相比例放大电路和整流电路两部分。 本文中的信号数据采集器件采用的是A/D转换器ADC0832。

ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择[14]。 本设计中的显示部分是由单片机控制的LCD显示的，采用LCD12864作为显示器件。 关于电源，本设计通过变压器将220V交流电转为安全电压下的稳定恒流电源，给整个系统供电。

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第3章 软件部分的设计和实现

3.1 系统软件设计

开始寄存器入栈保护保存T1的计数值TH1、TL1定时/计数器T0、T1计数初值重置出栈保护中断返回

图3-1 定时器T0中断服务程序流程图 3-2信号频率测量系统流程图

显示电路主要包括转换电路，显示电路，以及外围电路。所实现的功能是只要有信号输入，不需要调节就能直接显示出信号波形。本设计中使用的主控芯片是STC89C52。

STC89C52是 ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机。片内含8K 字节闪烁可编程可擦出的只读存储器和256字节的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及80C52 产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU ）和FLASH由存储单元，功能强大STC89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合[8]。 主要工作特性：

与MCS-51和80C52产品指令和引脚完全兼容；

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片内程序存储内含8KB可反复擦写Flash ROM; 具有可编程的3级加密程序锁定位； 片内数据存储器内含256字节的RAM； 具有32根可编程I/O口线；

具有3个16 位可编程定时／计数器中断； 有6个中断源；

低功耗的工作模式有空闲模式和掉电模式； 软件设置睡眠和唤醒功能；

串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口； 具有一个数据指针DPTR。

功能特性概述[9]：

STC89C52 提供以下标准功能：片内程序存储内含8KB的FLASH程序存储器，片内数据存储器内含256字节的RAM, 32个I/O口线，3个16 位定时／计数器，中断系统具有8个中断源 6个中断矢量，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，STC89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时／计数器．串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.

功能引脚说明： （1）主电源引脚（2根） VCC:电源输入，接+5V电源 GND:接地线

（2）外接晶振引脚（2根） XTAL1：片内振荡电路的输入端。 XTAL1：片内振荡电路的输出端。 （3）控制引脚（4根）

RST/VPP：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。

ALE/PROG:地址锁存允许信号，当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节．一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。

PSEN:外部存储器读选通信号，程序储存允许PSEN输出是外部程序存储器的读选通信号，当STC89C52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电

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平则从内部程序存储器读指令。

（4）可编程输入/输出引脚（32根）

STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位，共32位。

P0：P0口是一组8位双向I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为I/O口使用相当于一个真正的双相口：具有输出锁存和输入缓冲功能。但输入时需先将口置1，没根口线可以独立定义为输入或输出。作为输出口用时．每位能吸收电流的方式驱动8个TTL 逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用[10]。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在FLASH由编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P0口具有双向口一切特点。

与P1口及其他口的区别是，输出时对漏极开路输出，与NM0S的电路接口时要用上拉电阻；输入时为悬浮状态，为一个高阻抗的输入口。

P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流IIL

P1.0 和P1.1还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2 ）和输入（P1.1/T2EX) , FLASH编程和程序校验期间，Pl接收低8位地址，P1引脚的特殊功能如表3-1所示：

表3-1 P1 引脚的特殊功能

引脚号 P1.0 P1.1

功能特性

T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出。 T2EX(定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）

P2口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑电路。对端口P2写“1\，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR 指令）时，P2送出高8 位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器、如执行MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器的内容[9]。

FLASH编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。

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P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3口输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。 P3口除了作为一般的I/0口线外，更重要的用途是它的第二功能，具体功能如表3-2[10]所示： 表3-2 P3口的第二功能 端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXD(串行口输入) TXD（串行口输出） INT0(外部中断0） INT1（外部中断1） T0（定时/计数0） T1（定时/计数1） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 此外，P3口还接收一些用于FLASH闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 中断：

STC89C52共有6个中断向量：2个串行中断，2个外部中断源，2个读写中端口线。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[15]。

特殊功能寄存器：

在STC89C52片内存储器中，80H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（SFE ) , SFR的地址符号及复位。并非所有的地址都被定义，从80H-FFH共128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数位将不确定，而写入的数据也将丢失。

不应将数据\写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。STC89C52特殊功能寄存器的符号及复位

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状态如表3-3所示[11]：

表3-3 STC89C52 SFR 符号及复位状态 地址 80H 88H P0 11111111 SP 00000111 TCON TMOD TL0 符号及复位 DPL00000000 DPH 00000000 PCON0***0000 TL1 TH0 TH1 00000000 00000000 00000000 90H 98H 0A0H 0A8H 0B0H 0B8H 0C0H 0C8H P1 11111111 SCON 0000000 P2 11111111 IE 0*000000 P3 11111111 IP **000000 T2CON T2MOD RCAP2L SBUF ******** 000000000 00000000 00000000 RCAP2H TL2 00000000 TH2 00000000 00000000 **000000 00000000 00000000 0D0H 0D8H 0E0H 0E8H 0F0H 0F8H PSW 00000000 ACC 00000000 B 00000000

数据存储器:

STC89C52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字节的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．

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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[12]

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1

定时器0和计数器1各有一个16位的数据寄存器，它们都是由高8位寄存器和低8位寄存器所组成。

STC89C52的定时器O和定时器1的工作方式：

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3-4[10]：

表3-4 定时器2工作方式 RCLX+TCLK 0 0 1 X 0 1 X X CP/RL2 TR2 1 1 1 0 MODE 16-bit auto-reload 16-bit Capture Baud Rate Generator (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。

AT89C52除有定时/计数器0和定时/计数器1 外，还有定时/计数和状态位参见表3-5:

表3-5 定时/计数器状态位

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TF2 7 EXF2 6 RCK 5 TCLK 4 EXEN2 3 TR2 2 C/T2 1 CP/RL2 0

T2CON寄存器对定时器2在16 位捕获方式或16位自动重装载方式下的捕获/自动重装载寄存器。定时/计数器2控制存储器T2CON参见表3-6[8]：

表3-6定时/计数器2控制寄存器T2CON 符号 TF2 功能 定时器2溢出标志。定时器2溢出时，又由硬件置位，必须由软件 清0，当RCLK=1或TCLK=1时，定时器2溢出，不对TF2置位。 定时器2外部标志。当EXEN2＝1，且当T2EX引脚上出现负跳变而出现捕获或重装载时，EXF2置位，申请中断．此时如果允许定时器2中断，CPU响应中断，执行定时器2中断服务程序，EXF2必须由软件清除。当定时器2工作在向上或向下计数工作方式时（DCEN=1) , ExF2不能激活中断。 接收时钟允许。RCLK=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）的接收时钟，RCLK=0，用定时器l的溢出脉冲作为接收时钟 。 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。 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． 定时器2启动/停止控制位。TR2=l时，启动定时器2 。 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）。 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。 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2

3.2 信号采集系统

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手持式示波器的设计（软件部分）

开始否INT0中断标志IE0=1？是读取转换值保存转换值否采样值满？是退出

图3-3 信号采集系统软件图

STC89C52是整个系统的核心处理器，单片机首先通过控制A/D转换器把模拟信号转换成数字信号，之后将数字信号存储在EEPROM存储器中，最后在LCD液晶上显示出模拟信号的波形。当接入模拟信号后，首先要通过A/D转换电路对其采样，实现模拟信号到数字信号的量化。根据奈奎斯特采样定理，为了保证采样后的信号能恢复原来的模拟信号，采样速率必须 大于2倍的信号最高频率分量。本文实现的最高采集频率是50HZ，所以也就决定了输入模拟信号的最大频率为100HZ。本设计采用高速模数转换器ADC0832实现波形信号的采集, 常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。

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A/D转换程序的主要功能是当定时器产生中断时，将模拟信号进行A/D转换，并将转换的结果送至EEPROM存储器。对于ADC0832来说，每次必须在相同的时间间隔内采样，否则采样就会失败。定时器所定的时间决定了采样频率的大小。但是定时器所定的时间必须考虑到A/D自身的转换速率，如果定时太短，A/D将不能正常工作[11]。

在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。电子计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。本次设计的数字频率计以STC89C52为核心，测量采用了多周期同步测量法，它避免了直接测量法对精度的不足，同时消除了直接与间接相结合方法，需对被测信号的频率与中介频率的关系进行判断带来的不便，能实现较高的等精度频率和周期的测量

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3.3信号显示系统

（内容略）

图3-4 波形显示软件设计图

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开始 INT 0 初始化外部中断 C0832 AD 启动 采样 采样值存储 否 采样已满？ 是 数据处理 液晶显示 图3-5 信号显示系统总体流程图

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开始设置采样点数启动A/D转换器读A/D转换数据并保存否采样结束？是液晶显示起始行设置液晶显示起始列设置取采样值计算得显示页“或”页面地址写入显示值开显示否写显示数据结束？是结束 图3-7 信号显示子系统流程图

本设计中的显示部分是由LCD12864显示的，LCD126864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点[13]。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。LCD液晶

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显示程序的主要功能是将得到的数字信号量大小对应显示在LCD液晶相应的点上。具体方法如下：LCD液晶屏的横轴用于显示时间。第一个点在第一列显示，第二个点在第二列显示，依次类推，每个点显示完到下个点显示都经过相同的时间，以此确定准确的时间。纵轴用于显示模拟信号幅值大小。本设计所用液晶MGL(S)-240128T，在纵轴上有128个点，只能够显示7位的数字信号。而在本设计中模拟信号在通过A/D转换后产生8位的数字信号，这就需要在LCD的纵轴上有256个点来显示。为解决这一矛盾，将产生的8为数字信号除2取整。这样就可以在MGL(S)-240128T上显示所有的点。将除2取整后得到的值作为纵轴的高度来显示。这样就完成了数字信号在LCD液晶上的显示功能[12]。

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第4章 调试与仿真

（内容略）系统的设计是不可能一次就完全实现的，刚开始时可能一点现象都没有，这就需要经过不断的调试、分析、再调试、再分析等步骤来逐步解决遇到的各个问题。

调试包括硬件和软件部分的调试：

硬件部分，首先应对制作完成的硬件电路进行检测，主要检查电路是否有短路、断路的地方。检测时应该分块有序的进行，以免有漏检的地方。若发现电路有问题，应及时修改，检查到一处便修改一处，以免忘记修改影响调试，耽误时间。软件部分，首先是对所编的程序用编译软件进行编译，只有通过编译的程序才能加载到控制器中，进行仿真调试。编译有问题，则要通过编译器给出的提示进行修改。其次是仿真，仿真是将程序加载到仿真器中，对硬件电路进行在线调试，仿真的好处是可以边调试边修改，大大简化了调试流程。若仿真成功，并能满足各方面的要求，就可以将程序烧入控制器了。在仿真调试过程中，若出现问题，就应该将整个系统按功能分成几块，然后分块调试，一步一步的解决问题。当各个功能块都能实现之后，就将各个功能块组合，然后进行综合调试。完成设计。

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结论

本设计利用A/D转换器、单片机、液晶显示模块实现对模拟信号的采样、对采样电压的数值处理和波形复现，并利用单片机内部定时器实现对输入模拟信号的频率测量，即设计了一简易数字型手持式示波器。

利用本文提出的以单片机为控制核心的数字示波器可以实现波形的采集、存储、显示等功能，稳定性高, 使用方便。本设计已应用在数字化标准磁场测量仪的末端，将输出的电压信号显示在本数字示波器上，并取得了良好的显示效果，同时本数字示波器还具有一定的扩展能力，具有广阔的应用前景和实用价值。本文作者的创新点：本设计的目标就是数字示波器的实用化和手持化。首先，使用EEPROM存储器可以满足在户外作业，在示波器掉电的情况下依然可以查看分析先前的数据和波形。其次，本设计仅用一片STC89C52单片机就控制所有器件并且系统总体功能完善，大大节省了整个电路的空间，为数字示波器的便携化提出了一种新方法。

由于时间仓促及能力有限，本设计还不能够对所有的信号进行检测。按照本文中的设计方案，该示波器能够实现输入频率小于50Hz的模拟电压信号的波形复现和频率测量。

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参考文献

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谢辞

四年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。我的心中，除了不舍，还是不舍,我想，有许多人是我要用一辈子去铭记的。. ]在这份大学的最后一页里，我要感谢的人很多，首先要感谢我的学校，感谢在这四年中交给我的做人道理，让我从一个懵懂的高中生变成一个成熟的青年。还要感谢我的论文指导老师曾益彬老师，在她的指导下我完成了论文，曾老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。曾老师一丝不苟的作风，诲人不倦的精神，不仅教我专业知识，而且教我做人的道理，给我以终生受益无穷之道，我从心里感谢他。还要感谢的是我们各课任课老师，他们从大一把我们迎进来，到现在把我们送走，在四年来一直照顾我们的学习和生活，所以在这里也一定要特别感谢他们。当然，还要感谢宿舍的兄弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这四年的生活最后要感谢的就是我的父母、朋友，对于他们我更是有千言万语，还是汇聚成一句话：感谢你们一直都伴随着我。

现在即将挥别我的学校、老师、同学，还有我四年的大学生活，虽然依依不舍，但是对未来的路，我充满了信心。最后，感谢在大学期间认识我和我认识的所有人，有了你们，我的大学生活才如此的充实。

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附录 实物测试效果图

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