基于SPCE061A的通用示波器存儲(chǔ)功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)

　　目前，通用二蹤示波器如HH4310A/HH4311A、RS8等均無(wú)存儲(chǔ)功能，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中能滿足信號(hào)測(cè)量的要求，但若用于測(cè)量一些非周期單脈沖信號(hào)，由于信號(hào)的突發(fā)性，這些通用的示波器往往不能對(duì)信號(hào)的波形、幅值、脈寬進(jìn)行仔細(xì)的觀測(cè)。其在通用示波器中嵌入存儲(chǔ)功能，能極大地?cái)U(kuò)展應(yīng)用范圍，具有較高的實(shí)用價(jià)值。筆者介紹一種利用SPCE061A型16位單片機(jī)在HH4310A/HH4311A型通用示波器中嵌入存儲(chǔ)功能的原理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　2 通用示波器的基本工作原理

　　通用示波器的頻率繁多，電路各不相同，但總的來(lái)說(shuō)，可以歸納為3個(gè)主要組成部分：垂直系統(tǒng)（主要實(shí)現(xiàn)Y輸入信號(hào)的放大）；水平系統(tǒng)（主要實(shí)現(xiàn)水平掃描和水平放大）和主機(jī)（主要包括低/高壓電源和顯示電路）?；窘Y(jié)構(gòu)如圖1所示，各組成部分的詳細(xì)工作原理參閱參考文獻(xiàn)［1］。

　　3 嵌入存儲(chǔ)功能的原理

　　在通用示波器中嵌入存儲(chǔ)功能的基本原理是用A/D轉(zhuǎn)換器把仿真信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后存儲(chǔ)到RAM中，需要顯示時(shí)，將RAM中的存儲(chǔ)的數(shù)字信號(hào)按順序讀出，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器恢復(fù)仿真信號(hào)，在示波器熒光屏上顯示出來(lái)。在設(shè)計(jì)中，利用SPCE061A型16位單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)示波器的Y輸入被測(cè)信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果存儲(chǔ)在SPCE061A內(nèi)部的SRAM中，顯示時(shí)，經(jīng)SPCE061A的D/A轉(zhuǎn)換器恢復(fù)輸入的仿真信號(hào)，SPCE061A及相關(guān)電路構(gòu)成的擴(kuò)展電路接在通用示波器垂直系統(tǒng)的Y輸入電路及前置放大器之間，如圖2所示。

　　3.1 A/D轉(zhuǎn)換的原理及性能要求

　　要實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入被測(cè)信號(hào)的存儲(chǔ)，A/ D轉(zhuǎn)換（取樣、量化、編碼）是關(guān)鍵，根據(jù)奈奎斯特（Nyquist）取樣定理，曲江后能夠不失真地還原出原信號(hào)，必須滿足fs＞2fm，即取樣頻率必須大于信號(hào)最高頻率的2倍。在SPCE061A中有7路10位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，通用對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器有關(guān)控制寄存器P_ADC_Ctrl（$7015H）、P_ADC_MUX_Ctrl（$702BH）的合理設(shè)置啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，從P_ADC_MUX_Data（$702CH）單元中讀出A/D轉(zhuǎn)換的值。SPCE061A中A/D轉(zhuǎn)換的最高速率為（Fosc/32/16Hz），如果速率超過(guò)此值，從P_ADC_MUX_Data中讀出數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。A/D轉(zhuǎn)換的最大頻率相應(yīng)率（Fosc/32/16Hz）如表1所示。

　　在SPCE061A中，32768Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)PLL倍頻電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘Fosc，F(xiàn)osc再經(jīng)過(guò)分頻得到CPU時(shí)鐘（CPUCLK），通過(guò)對(duì)寄存器P_System Clok（$7013H）的編程來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘Fosc和CPU時(shí)鐘頻率的定義。默認(rèn)時(shí)，F(xiàn)osc、CPUCLK分別為24.576MHz和Fosc/8。

　　根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的基本原理及SPCE061A的A/D轉(zhuǎn)換的特性，在通用示波器中嵌入的存儲(chǔ)功能模塊的最大不失真頻率為20kHz。