1 引言     

 

目前，通用二蹤示波器如HH4310A/HH4311A
、RS8等deng均jun無wu存cun儲chu功gong能neng，在zai學xue生sheng實shi驗yan中zhong能neng滿man足zu信xin號hao測ce量liang的de要yao求qiu，但dan若ruo用yong於yu測ce量liang一yi些xie非fei周zhou期qi單dan脈mai衝chong信xin號hao，由you於yu信xin號hao的de突tu發fa性xing，這zhe些xie通tong用yong的de示shi波bo器qi往wang往wang不bu能neng對dui信xin號hao的de波bo形xing
、幅值、脈寬進行仔細的觀測。其在通用示波器中嵌入存儲功能
，能極大地擴展應用範圍，具有較高的實用價值。筆者介紹一種利用SPCE061A型16位單片機在HH4310A/HH4311A型通用示波器中嵌入存儲功能的原理及實驗結果。 

 

 

通用示波器的頻率繁多，電路各不相同，但總的來說
，可以歸納為3個主要組成部分：垂直係統（主要實現Y輸入信號的放大）
；水平係統（主要實現水平掃描和水平放大）和主機（主要包括低/高壓電源和顯示電路）。基本結構如圖1所示，各組成部分的詳細工作原理參閱參考文獻[1]。 

 

 

3 嵌入存儲功能的原理     

 

在通用示波器中嵌入存儲功能的基本原理是用A/D轉換器把仿真信號轉換為數字信號
，然後存儲到RAM中
，需要顯示時，將RAM中的存儲的數字信號按順序讀出
，通過D/A轉換器恢複仿真信號，在示波器熒光屏上顯示出來。在設計中
，利用SPCE061A型16位單片機中的A/D轉換器實現對示波器的Y輸入被測信號的模/數轉換，轉換的結果存儲在SPCE061A內部的SRAM中，顯示時，經SPCE061A的D/A轉換器恢複輸入的仿真信號
，SPCE061A及相關電路構成的擴展電路接在通用示波器垂直係統的Y輸入電路及前置放大器之間，如圖2所示。 

 

       

 

要實現對輸入被測信號的存儲
，A/ D轉換（取樣、量化、編碼）是關鍵，根據奈奎斯特（Nyquist）取樣定理，曲江後能夠不失真地還原出原信號
，必須滿足fs＞2fm

，即取樣頻率必須大於信號最高頻率的2倍。在SPCE061A中有7路10位逐次逼近型A/D轉換器，通用對A/D轉換器有關控製寄存器P_ADC_Ctrl（$7015H）、P_ADC_MUX_Ctrl（$702BH）的合理設置啟動A/D轉換，從P_ADC_MUX_Data（$702CH）單元中讀出A/D轉換的值。SPCE061A中A/D轉換的最高速率為（Fosc/32/16Hz），如果速率超過此值，從P_ADC_MUX_Data中讀出數據時會發生錯誤。A/D轉換的最大頻率相應率（Fosc/32/16Hz）如表1所示。 

 

 

在SPCE061A中，32768Hz的實時時鍾經過PLL倍頻電路產生係統時鍾Fosc，Fosc再經過分頻得到CPU時鍾（CPUCLK），通過對寄存器P_System Clok（$7013H）的編程來完成對係統時鍾Fosc和CPU時鍾頻率的定義。默認時
，Fosc、CPUCLK分別為24.576MHz和Fosc/8。 

 

根據A/D轉換的基本原理及SPCE061A的A/D轉換的特性

，在通用示波器中嵌入的存儲功能模塊的最大不失真頻率為20kHz。 

 

 

經A/D轉換的結果需要存儲到存儲器中，其存儲容量為獲取波形的取樣點數目，用直接存放A/D變換後數據的獲取存儲單元來表示。在SPCE061A中有2K×10bit的SRAM存儲單元

，實際使用的SRAM的容量主要由A/D轉換的速率和掃描因子（t/div）共同決定，其關係如下式所示： 

 

 

式中，fS為A/D轉換的取樣頻率，N為每格的取樣點數。由此可知



，在A/D變換速率相同的條件下，存儲容量的大小決定掃描時間因子的大小。在設計中
，A/D變換的速率fS最大為96kHz
，若用1K的SRAM作為A/D轉換的存儲器
，則最大掃描時間為10ms/div。在存儲擴展模塊中，單片機啟動A/D轉換器後，通過對P_ADC_MUX_Data（$702CH）單元中A/D轉換結果的比較
，當有效的轉換結果出現時，才將結果保存到SRAM中，利用這種方法能夠有效地擴大掃描時間因子，對於單脈衝信號的捕捉非常有效。ADC的部分程序如下：

 

 

在A/D轉換中，不僅A/D轉換的位數和存儲容量決定示波器的垂直和水平分辨率，而且，通過單片機對A/D轉換結果的數字信號多次取平均處理，消除隨機噪聲，可以使垂直分辨率得到提高。     SPCE061A提供了2路D/A轉換通道，通過對寄存器P_DAC_MUX_Ctrl（702AH）單元的編程控製D/A轉換，將存儲器中的數字信號按順序轉換為仿真信號，加到示波器的Y通道放大器中，在熒光屏上重現信號的波形。 

 

 

對於示波器存儲模塊的研究主要采用對同一信號進行實驗比較的方式。在實際中，利用HH4310A / HH4311A型通用示波器對信號進行1次直接測量和1次存儲測量，然後對2次測量結果（包括波形的失真度、幅值及頻率）進行比較。圖3（a）和（b）分別顯示對單脈衝信號的直接顯示波形和存儲顯示波形。 

 

 

通過實驗結果的比較可以看出，在一定頻率（20kHz）以下
，嵌入SPCE061A的示波器存儲模塊能夠實現對信號的不失真存儲。 

 

 

通過實驗研究可以看出
，利用SPCE061A可以實現對通用示波器存儲功能的擴展。通過單片機的編程可較好地實現對單次脈衝的存儲測量。雖然在SPCE061A中，A/D轉換、D/A轉換的速度和SRAM的de容rong量liang限xian製zhi了le存cun儲chu信xin號hao的de頻pin帶dai範fan圍wei
，但dan是shi，其qi成cheng本ben較jiao低di，性xing價jia比bi較jiao高gao，具ju有you一yi定ding的de實shi用yong價jia值zhi。若ruo要yao擴kuo大da存cun儲chu信xin號hao帶dai寬kuan的de範fan圍wei，可ke采cai用yong高gao速suA/D轉換器和D/A轉換器以及大容量的RAM來實現。

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