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1、基于串口的虚拟示波器巳007.0B总第537期文/周长锁本文介绍的虚拟示波器利用飞利浦P89LPC935单片机的AD转换功能成组采集电压信号,并存储到内部RAM,然后通过光电隔离的串口发送到电脑.电脑用VB编制的控制程序处理单片机传来的数据,显示2通道电压波形,并在传统的示波器基础上增加了简易的6通道逻辑分析功能.其主要参数如下:输入通道:2路模拟信号或6路数字信号采样频率:最高100kHz分辨率:8位模拟输入信号最大值:120V数字输入信号最大值:+15V输入信号与微机隔离电压:1000V电源:直流9V,300mA一电路原理虚拟示波器电路原理见图1,主要由单片机,信号处理,通信和电源等几部分
2、组成.P89LPC900系列单片机是基于80C51内核的低功耗FLASH单片机,速度是标准80C5l单片机的6倍.P89LPC935功能很多,电路中只用了8路精度是8位的AD转换器,串行接口UART和5个I/O口.引脚AD00,AD10对应通道CHA,CHB输入的交流信号,引脚AD01,AD02,ADD3,ADll,AD12,AD13对应CH16输入的直流脉冲信号,引脚RXD,TXD是串行通信接口,引脚P2.2,P2.3,P2.4,P2.5通过三极管阵列ULN2003A控制继电器切换挡位,引脚P0.6接入需要外部触发时的同步信号,引脚P3.0,?P3.1外接12MHz晶振.单片机内部可以产生7
3、.373MHz的时钟,用外部12MHz晶振可提高信号采集速度.信号处理部分通道CHA,CHB输入信号分1.2V,12V,120V三挡,通过继电器切换挡位.信号输入内阻为1MQ,与标准示波器探头相匹配,当输入电压大于120V时,可以用示波器探头10挡扩展量程.运放LM324的作用是提高输入阻抗和平移电压信号,单片机AD转换参考电压与电源电压相同,均为3V,可接受的信号为直流03V.为了能采集交流信号,把输入信号往高平移1.5V,这样就可以采集交流1.5V的信号.单片机端口设为仅为输入时,端口可承受最大5V的直流电压,用于逻辑分析的6路输入信号都用稳压二极管限制输入电压为直流0.7V5V,防止损坏
4、单片机.ULN2003A内含有7个共发射极的达林顿三极管阵列,而且输出端对公共之间短路.在完成上述三步后就可以开始仿真了.点击运行按钮后bur所指向的符串www.radio.corn.CI1就会通过COMl和COM2之间的串行数据线(TXD和RXD之间的连线)传送到虚拟终端TERMINAL中.点击LOGICSTATE,使COMPIM2的RTS引脚的电平产生下跳,该下跳会通过COM1和COM2的控制信号线传输线(CTS和RTS之间的连线)传送到COMPIM1的CTS引脚,进而引起AT89C2051的INT0引脚向单片机申请中断,单片机响应中断后会点发光二极管VD.总结:本文以一个简单的实例说明了
5、如何用proteus中的COMPIM模型仿真计算机的物理RS232接口,旨在帮助读者举一反三,给工作或学习带来方便.如有任何问题可与本人联系:.圆毛也J囵一一一一一一一一一一一_一一j,vw.n日,-h一一一端接有续流二极管,非常适合于驱动感性负载,本电路中用了其中的4个三极管,电源接公共端,利用了集成电路内部的续流二极管.通信部分采用常见的集成电路MAX232将单片机串行通信信号电平转换为标准的电脑串口信号电平,光耦U4,U5用于高速数字信号传输时的隔离.MAX232的电源用的是DC/DC转换电源模块B0505S一1w输出的与单片机电源隔离的5V直流电源,这样就实现了信号采集与电脑通信的完全
6、隔离,防止意外损坏电脑.电源部分可采用外接9V直流电源或内部放置7.2V的锂电池配充电接口.电源一路经7805稳压后给模块B0505S-1W和运放LM324供电,另一路通过由VT1,TL431构成的3V稳压电路给单片机供电.单片机电源电压同时作为AD转换参考电压,要求稳定度比较高,否则影响信号采集精度.=,单片机编程单片机与电脑间的通信协议定义见表1和表2.,电脑向单片机发送的数据中,第1字节是前导字节,确定一帧数据的开始位.第2字节前4位对应确定44继电器的动作(1代表吸合状态),后4位确定示波器的工作模式,0:CHA,1:CHB,2:CHA+CHB,3:逻辑分析.第3,4字节是定时数据高,
7、低字节,确定数据采集间隔时间,控制时基变化.第5字节00代表内部同步,01代表外部同步.单片机返回的数据单纯是采集到的成组数据.单片机数据处理能力弱,所以只负责数据采集,数据处理工作由电脑完成,CHA或CHB通道都是采集150个数据,实际显示用120个数据,前30个数据用于内部同步时选取最小值作为同步点.逻辑分析每通道75个数据,实际显示60个,前15个数据用于内部同步时选取最小值作为同步点.P89LPC935内部共有768BRAM,本程序运行时占用一部分,还有扩展采集数据量的空间.逻辑分析采集的是电压信号,也可以直接采集电平信号,这样可以利用余下的所有I/0口进行裹1电脑向单片机发送的数据格
8、式裹2单片机向电脑返回的数据格式lI霞jj0J;lt|_lj犍嗨l繁$骜鹗0冁CHA或CHB单通道Al,A2,A3.或Bl,B2,B3150CHA+CHB双通道A1,BI,A2,B2,A3,B3300逻辑6通道C1,Dl,El,Fl,Gl,H1,C2,D2,E2,F2,G2,H2,?450田电l逻辑分析,采集速度更快,能增加逻辑分析时的输入通道数目.根据数据传输协议确定单片机工作流程见图2.图3软件运行时的界面图4逻辑分析界面2007.oB渔_尊5强.|PClIeoeT,每.r,三,软件界面与使用电路中用于处理数据和显示波形的软件用VB编写,运行后界面见图3.左侧是显示屏,双击显示屏会弹出选择
9、背景颜色的对话框,可任意改变背景颜色.右侧是操作面板,工作模式框内有4个选择按钮,默认CHA有效;同步选择框内有2个选择按钮,默认内部有效;时基框内有调节时基的按钮,同时显示当前水平每格代表的时间;CHA,CHB框内位移调节按钮可以把波形向上或向下平移13格,电压选择按钮设定输入信号档位,0.2V,2V,20V挡位与输入信号挡位调节对应,0.1V,1V,10V挡位只是将实际档位输入信号数据放大2倍,属数字变挡.端口选择设定为虚拟示波器与电脑连接串口对应的编号,一般为1或2,其他编号多是由USB或PCI等接口转换过来的.选择不存在的端口启动时会提示端口不存在,选择错误的端口会没有通信数据返回,软
10、件弹出对话框提示检查设备连接是否正常,设备电源是否打开.保存按钮的作用是把显示波形存为图像(.bmp)文件,以备以后察看.启动按钮是切换按钮,点击在启动和暂停间切换.要退出程序,直接点击右上角的X.逻辑分析模式时软件界面见图4,消隐了不用的通道CHA,CHB调节界面,屏幕背景取消了电压坐标轴,只有6个时间坐标轴.图5图6四组装与调试电路制作完成后,装入合适的塑料盒内,前面板安装钮子开关,LED指示灯和串口DB9座,见图5.后面板安装2个BNC插座用于CHA,CHB信号输入,1个RJ45插座用于逻辑信号输入,1个3.5插座用于输入外部同步信号,见图6.和微机串口间连接线只需对应接2,3,5脚3根线即可.继电器切换挡位的缺点是耗电大,这样做是想让大家体验一下微机通过单片机实现控制功能的办法.单片机芯片最好有插座,方便改写升级程序,在安装单片机芯片前先给电路板通电,仔细调整好3V电源.和微机连线后,打开虚拟示波器电源,接输入信号,运行软件,调节好操作面板各选项,点击启动按钮,就可以看到输入信号的波形了.VB程序中使用了部分控件,在没安装VB的微机上单独运行可执行文件时会提示找不到这些控件,这时要进行软件的安装,安装软件时最好退出其他运行程序.本期配刊光盘中有安装软件及其VB源程序,还有单片机源程序和印制板图.毛fL