課程設(shè)計(jì)報(bào)告----通用示波器顯示字符

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　題 目: 通用示波器顯示字符 </p><p>　　學(xué) 院: </p><p>　　班 級(jí): </p><p>　　學(xué)生（學(xué)號(hào)）: </p>

2、<p>　　學(xué)生（學(xué)號(hào)）: </p><p>　　日期: 2011 年 1 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　陰極射線示波管是示波器的核心部件，它的內(nèi)部有兩對(duì)相互垂直的偏轉(zhuǎn)板，稱為偏轉(zhuǎn)板和偏轉(zhuǎn)板。當(dāng)偏轉(zhuǎn)板之間加電壓時(shí)，電子束在熒光屏上作水平方向移動(dòng)，移動(dòng)的距離和成正比

3、。當(dāng)偏轉(zhuǎn)板之間加電壓時(shí)，電子束在熒光屏上作垂直方向移動(dòng)，移動(dòng)的距離與成正比。如果兩個(gè)偏轉(zhuǎn)板同時(shí)加電壓，其中為與時(shí)間t成正比的線性電壓（通常為鋸齒波電壓），為被觀測(cè)的信號(hào)電壓，則熒光屏上將顯示以X-Y為坐標(biāo)的波形即被測(cè)信號(hào)的波形。當(dāng)鋸齒波電壓（又稱掃描電壓）的周期是被測(cè)信號(hào)的周期的整數(shù)倍N時(shí)，顯示屏上將顯示N個(gè)完整的波形。示波器的這一顯示原理是示波器顯示波形或字符的基礎(chǔ)。</p><p>　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器波形顯示

4、的基本原理：先用轉(zhuǎn)換器將被測(cè)量信號(hào)數(shù)字化，并寫入數(shù)字存儲(chǔ)器，在需要顯示時(shí)，再從存儲(chǔ)器讀出，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器還原成模擬信號(hào)，送到示波管的偏轉(zhuǎn)板。</p><p>　　綜合以上兩種示波器的顯示原理，我們可以實(shí)現(xiàn)以下通用示波器顯示字符的功能：首先將要顯示的字符人工轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，依次寫入ROM的連續(xù)地址中。再通過計(jì)數(shù)器產(chǎn)生相應(yīng)的地址，讀出這些數(shù)字量，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸入通用示波器，就能在顯示屏上顯示出設(shè)定好的字符。<

5、;/p><p>　　關(guān)鍵詞： 字符 數(shù)字化 ROM讀寫 D/A轉(zhuǎn)換 通用示波器 顯示字符</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)目的3</p><p>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3</p><p>　　三、方案

6、設(shè)計(jì)與論證3</p><p>　　四、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算10</p><p>　　五、電路的安裝與調(diào)試12</p><p>　　六、遇到問題的解決方法14</p><p>　　七、結(jié)論與心得14</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)15</b></p><p

7、><b>　　通用示波器顯示字符</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　掌握了解集成電路DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握D/A轉(zhuǎn)換器的基本應(yīng)用及濾除毛刺的措施；學(xué)會(huì)通用示波器上顯示字符的電路設(shè)計(jì)方法；了解數(shù)字存儲(chǔ)示波器的基本組成及其特點(diǎn)。</p><p><b&g

8、t;　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1、任務(wù)：設(shè)計(jì)在通用示波器上顯示漢字的控制電路。</p><p><b>　　2、要求和指標(biāo)：</b></p><p>　?。?）使用示波器的X-Y方式顯示漢字字符；</p><p>　?。?）兩個(gè)內(nèi)容：0~9H數(shù)字字母、一句唐詩，內(nèi)容自選；</p

9、><p>　　（3）人眼不易覺察閃爍；</p><p>　?。?）分為兩行顯示方式---用按鍵選擇。</p><p><b>　　三、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)在通用示波器上顯示數(shù)字和漢字的實(shí)驗(yàn)電路圖，結(jié)合數(shù)字存儲(chǔ)示波器的顯示原理：我們首先應(yīng)該將要顯示的字符人工轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，依次寫入ROM的

10、連續(xù)地址中。再通過計(jì)數(shù)器產(chǎn)生相應(yīng)的地址，讀出這些數(shù)字量，經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸入通用示波器，就能在顯示屏上顯示出設(shè)定好的字符。</p><p>　　以下是我們的三種電路方案：</p><p>　　方案一：使用一片EPROM交替存儲(chǔ)和</p><p><b>　　電路的組成框圖</b></p><p>　　分析表明，我們

11、的電路既要具有存儲(chǔ)字符的功能，又要有轉(zhuǎn)換功能。由此得到電路的組成框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1系統(tǒng)組成框圖</b></p><p>　　其中，字符存儲(chǔ)器的作用是存儲(chǔ)所要顯示字符的代碼，可以采用EPROM存儲(chǔ)器。例如顯示字符“0”，字符代碼形成過程如圖2： </p><p>　　圖2 字符“0”的代碼生成</p>

12、<p>　　存儲(chǔ)單元中的代碼如圖3：</p><p>　　圖3 ROM中存儲(chǔ)的代碼</p><p><b>　　字符顯示電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　字符存儲(chǔ)控制電路</b></p><p>　　字符控制電路如圖4所示：其中EPROM存儲(chǔ)要顯示的字符代碼，從000地址開始

13、寫入數(shù)字字符，從100地址開始寫入漢字字符，有效字符占低八位；ROM的的單元存儲(chǔ)的代碼，的單元存儲(chǔ)的代碼；四片74LS161芯片級(jí)聯(lián)成M計(jì)數(shù)器，共16位，其中低8位接入ROM低八位，提供讀取數(shù)據(jù)的地址；計(jì)數(shù)器最高兩位、接入ROM的、，使低位的有效數(shù)據(jù)能多次掃描，增加字符顯示的延遲時(shí)間；、接地；另外加入了控制位和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路，當(dāng)為0時(shí)輸出數(shù)字，并交替顯示，為1時(shí)、輸入為0，從100地址開始讀取漢字字符并顯示。</p>&l

14、t;p>　　圖4 字符存儲(chǔ)控制電路</p><p><b>　　(2) 轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　轉(zhuǎn)換電路的作用是將存儲(chǔ)器中輸出的代碼轉(zhuǎn)換成示波器的、放大器所需要的模擬量，如圖5所示：由兩片DAC0832芯片構(gòu)成，ROM的輸出接入轉(zhuǎn)換器的輸入；同時(shí)用選通轉(zhuǎn)換器，當(dāng)時(shí)，接Y放大器的轉(zhuǎn)換器選通，向示波器輸入的模擬量，當(dāng)時(shí)，接放大器的轉(zhuǎn)換器，想示波器輸入的

15、模擬量；放大器的作用是將轉(zhuǎn)換得到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；如果信號(hào)直流失調(diào)或者毛刺嚴(yán)重，應(yīng)該再接一級(jí)濾波電路；為了使屏上得到穩(wěn)定的波形，低位地址計(jì)數(shù)器的輸入脈沖不能很高，因?yàn)槭艿紻AC0832轉(zhuǎn)換速率的限制，但是也不能太低，否則字符將不能連續(xù)顯示。</p><p><b>　　圖5轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　方案二 使用兩片EPROM分別連續(xù)存儲(chǔ)代碼<

16、/p><p>　　由于方案一中控制電路部分通過74LS161計(jì)數(shù)器的最低位來控制兩片DAC0832的片選段信號(hào)，來交替的選通兩片DAC0832，并交替的輸出某一點(diǎn)的坐標(biāo)值。但是，經(jīng)過我們長達(dá)一天半時(shí)間的調(diào)試，該方案的顯示效果非常不佳。為了盡量減少復(fù)雜電路帶來的干擾，我們選擇了一種較為簡捷但直觀而保險(xiǎn)的方案：將圖上要顯示點(diǎn)的坐標(biāo)分別對(duì)應(yīng)存入兩片EPROM，利用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值掃描EPROM中的坐標(biāo)，通過有控制的電路輸出對(duì)

17、應(yīng)點(diǎn)。計(jì)數(shù)器電路部分，轉(zhuǎn)換電路基本相同，這里不再贅述。</p><p><b>　　EPROM存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　這里我們將坐標(biāo)分開放置，但是對(duì)應(yīng)的屏幕上的筆畫，其坐標(biāo)必須一一對(duì)應(yīng)。EPROM中為了使每個(gè)字符都能占滿八位的地址，以便在一個(gè)計(jì)數(shù)器的循環(huán)周期內(nèi)能夠顯示該字符，并且有利于控制字符之間的轉(zhuǎn)換，我們采用了部分筆畫重復(fù)寫的技巧。以下是兩片EPRO

18、M中的部分內(nèi)容：</p><p><b>　　圖6坐標(biāo)存儲(chǔ)代碼</b></p><p><b>　　圖7坐標(biāo)存儲(chǔ)代碼</b></p><p><b>　　字符存儲(chǔ)控制電路</b></p><p>　　電路結(jié)構(gòu)與方案已基本一致，僅僅在74LS161里又引出地址線到第二片EPROM

19、。</p><p>　　方案二的字符存儲(chǔ)控制電路如下所示：</p><p>　　圖8方案二—字符存儲(chǔ)控制電路</p><p>　　方案三：利用增輝脈沖</p><p>　　方案一和方案二都是利用李沙育圖形法將字符的代碼轉(zhuǎn)換成X、Y的電壓信號(hào)。如果使用比較原始的模擬示波器，我們還可以采用增輝的方法顯示字符：在X、Y偏轉(zhuǎn)上板分別加上不同頻率的鋸齒

20、波，使屏上出現(xiàn)點(diǎn)陣。再利用Z軸的增輝脈沖，使其在顯示字符的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上增輝。</p><p>　　三種方案的總體比較：</p><p>　?。?）、方案一中控制電路部分通過74LS161計(jì)數(shù)器的最低位來控制兩片DAC0832的片選段信號(hào)，來交替的選通兩片DAC0832，并交替的輸出某一點(diǎn)的坐標(biāo)值。電路較為復(fù)雜，很可能會(huì)導(dǎo)致選通時(shí)序的不一致。</p><p>　?。?）、

21、方案二X和Y的代碼分別存儲(chǔ)在兩個(gè)ROM中，不需要提供片選信號(hào)，這樣可以減少出錯(cuò)的幾率，缺點(diǎn)只有寫入代碼稍微有點(diǎn)麻煩；</p><p>　?。?）、方案三要用到模擬示波器，操作和調(diào)整的過程相對(duì)比較難。</p><p>　　綜合以上三方面以及實(shí)際的測(cè)試，我們最終決定采用方案二來穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所要求的設(shè)計(jì)。</p><p>　　四、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p>

22、;<p>　　(1)計(jì)數(shù)器單元電路</p><p>　　由于我們寫ROM的規(guī)則為每256個(gè)地址寫一個(gè)字符，所以取這些字符的地址需要計(jì)數(shù)器低8位。同時(shí)，為了使每個(gè)字符的顯示時(shí)間有一定的駐留，需要多次重復(fù)取某個(gè)字符，所以還需要計(jì)數(shù)器有更高的位來實(shí)現(xiàn)控制。于是，我們使用四片74LS161芯片級(jí)聯(lián)成為一個(gè)計(jì)數(shù)器，如圖：</p><p>　　圖9 計(jì)數(shù)器單元電路</p>

23、<p>　?。?）存儲(chǔ)單元電路和數(shù)字/漢字切換控制單元</p><p>　　計(jì)數(shù)器的低8位接ROM地址段地八位，作為取字符代碼的地址；最高的兩位接ROM的、，使在顯示數(shù)字時(shí)每個(gè)數(shù)字有一定的延時(shí)；當(dāng)顯示漢字時(shí)，我們需要、接0，故設(shè)計(jì)了一個(gè)由兩個(gè)與門組成的切換控制單元：當(dāng)為0時(shí)輸出數(shù)字，并交替顯示，為1時(shí)、輸入為0，從100地址開始讀取漢字字符并顯示。</p><p>　　圖10 存

24、儲(chǔ)單元電路和數(shù)字/漢字切換控制單元</p><p><b>　?。?）轉(zhuǎn)換單元</b></p><p>　　兩個(gè)ROM的輸出分別接入各自的轉(zhuǎn)換器，完成轉(zhuǎn)換，得到電流信號(hào)。值得注意的是DAC0832的一些引腳的解法：、一定要接高電平；、一定要接地。</p><p><b>　　圖11 轉(zhuǎn)換單元</b></p>

25、<p><b>　?。?）放大器單元</b></p><p>　　放大器單元是將轉(zhuǎn)換得到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為電壓信號(hào)，即示波器能識(shí)別的信號(hào)。要注意放大器的同相端要接地，輸出端反饋至轉(zhuǎn)換器的。</p><p><b>　　圖12 放大器單元</b></p><p><b>　　（5）濾波單元</b&g

26、t;</p><p>　　如果信號(hào)直流失調(diào)或者毛刺嚴(yán)重，應(yīng)該再接一級(jí)由放大器構(gòu)成的濾波電路。</p><p>　　五、電路的安裝與調(diào)試</p><p>　　1、電路的安裝與檢查</p><p>　　在電路完成設(shè)計(jì)后，接下來面臨的問題就是如何快速有效的進(jìn)行電路的安裝。而為了更好的完成這一任務(wù)，我們嚴(yán)格按照各個(gè)元器件的引腳圖、設(shè)計(jì)電路圖和原理圖進(jìn)

27、行線路的連接，并為后續(xù)實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　在線路檢查環(huán)節(jié)，我們從以下一個(gè)方面著手：</p><p>　?。?）檢查電路連線是否正確</p><p>　　為了避免連線的失誤對(duì)結(jié)果的影響，我們?cè)诰€路連接完成后分別按照設(shè)計(jì)電路圖以及實(shí)際線路來對(duì)照原理電路兩個(gè)方面對(duì)電路連線進(jìn)行了全面的檢查，排除包括錯(cuò)線（連線一端正確，另一端錯(cuò)誤）、少線（安裝時(shí)完全漏掉

28、的線）和多線（連線的兩端在電路圖上都是不存在的）等在內(nèi)的各種問題。</p><p>　?。?）元、器件安裝情況</p><p>　　在完成對(duì)電路連線的檢查后，我們又進(jìn)行了元器件安裝情況的再次檢查，包括：檢查元、器件引腳之間有無短路；連接處有無接觸不良；二極管、三極管、集成器件和電解電容極性等。</p><p>　　（3）電源供電與信號(hào)源連線</p>&

29、lt;p>　　檢查電源供電（包括極性）、信號(hào)源連線是否正確。</p><p>　　（4）電源端對(duì)地（┸）是否存在短路</p><p>　　在通電前，斷開一根電源線，用萬用表檢查電源端對(duì)地（┸）是否存在短路。</p><p>　　若電路經(jīng)過上述檢查，并確認(rèn)無誤后，就可轉(zhuǎn)入調(diào)試。</p><p><b>　　2、調(diào)試方法</

30、b></p><p><b>　　（1）通電觀察</b></p><p>　　觀察有無異?，F(xiàn)象：有無冒煙，異常氣味，元器件是否發(fā)燙，電源是否有短路等。如有以上情況，需及時(shí)斷開電源，然后查找出現(xiàn)問題的元器件，然后逐一對(duì)照引腳圖進(jìn)行線路問題的排查。</p><p><b>　?。?）靜態(tài)調(diào)試</b></p>

31、<p>　　a) 靜態(tài)測(cè)試模擬電路的靜態(tài)的工作點(diǎn)；</p><p>　　b) 數(shù)字電路的各輸入端和輸出端的高、低電平值及邏輯關(guān)系。</p><p><b>　?。?）動(dòng)態(tài)調(diào)試</b></p><p>　　a）在電路的輸入端接入適當(dāng)頻率和幅值的信號(hào)。首先用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，輸入高于50Hz的方波信號(hào)，觀察示波器顯示圖形的快慢，然后調(diào)節(jié)函

32、數(shù)信號(hào)發(fā)生器選擇最合適的輸入頻率。</p><p>　　b) 循著信號(hào)的流向逐級(jí)檢測(cè)各有關(guān)點(diǎn)的波形、參數(shù)和性能指標(biāo)。</p><p>　　c) 發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，縮小故障范圍；</p><p>　　d) 設(shè)法排除故障。</p><p><b>　　遇到問題的解決方法</b></p><p>　　方案一

33、進(jìn)行第一次調(diào)試時(shí)，示波器并沒有按照預(yù)計(jì)的那樣顯示出字符，我們便利用實(shí)驗(yàn)板上的二極管小燈，降低頻率，從計(jì)數(shù)器開始，到ROM輸出，逐步測(cè)試地址線和數(shù)據(jù)線的輸出值。檢測(cè)結(jié)果計(jì)數(shù)器正常功能工作，而EPROM的數(shù)據(jù)輸出卻不是我們寫在芯片中的值，我們想到可能是EPROM的接法不正確造成的，我們將EPROM2864取出，在另一塊電路板上進(jìn)行連接，發(fā)現(xiàn)輸出值正常。</p><p>　　這說明很有可能是運(yùn)放出了問題，我們將運(yùn)算放大

34、器和DAC0832取出，直接使用兩片74LS161計(jì)數(shù)輸出到DAC0832并經(jīng)運(yùn)算放大器LM324轉(zhuǎn)換為模擬值輸出到示波器。顯示為正常的階梯波，說明運(yùn)放也沒有問題。</p><p>　　這時(shí)候我們將目光集中至控制電路的片選信號(hào)上，控制電路可能會(huì)導(dǎo)致兩片DAC0832不再是同步的，由于這時(shí)候電路相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，我們放棄了該方案，使用方案二</p><p>　　方案二中，顯示的“口”字非常的粗糙，

35、筆畫很不清晰。通過詢問老師，老師告訴我們是接地那里出了問題，將接地重新接地址后，顯示效果明顯變好了。</p><p><b>　　結(jié)論與心得</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，我們沒有避重就輕，毅然選擇了大家不愿意選擇的題目。培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題的能力，是鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),也是對(duì)我實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。&

36、lt;/p><p>　　回顧起此通用示波器顯示字符的課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到做出設(shè)計(jì)方案，從理論到實(shí)踐，從一張圖紙到真正實(shí)現(xiàn)，在這三天的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西。不僅可以鞏固以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題，可以說是困難重重。往往理論上能夠?qū)崿F(xiàn)的東西在實(shí)踐中點(diǎn)得不到正確的

37、結(jié)論，需要不斷改進(jìn)方案，使我們的方法更加簡便可靠。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得理論與實(shí)踐之間的差距，在實(shí)際應(yīng)用中，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要將理論同實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)等相結(jié)合才能得出正確的結(jié)論。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的很多的不足，自己知識(shí)的很多漏洞，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說觸發(fā)器的運(yùn)用還是不怎么熟識(shí)，對(duì)ROM器件的邏輯功能還是不怎么了解等?？吹搅俗约夯A(chǔ)知識(shí)還是不夠扎實(shí)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力

38、還有待提高。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)基礎(chǔ)打牢。在這個(gè)過程中，曾因理論的失敗而失落，曾因仿真的成功而欣喜，也曾因連接電路的繁瑣而煩躁，，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證了收獲。雖然這只是一次的較簡單的課程設(shè)計(jì)，可是也耗費(fèi)了我們不少的心血。</p><p>　　通過這次的課程設(shè)計(jì)，知識(shí)上的不但有了重要收獲，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一

39、座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我大學(xué)旅途上一個(gè)非常美好的回憶！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試[M] .華中科技大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[2] 岳怡. 數(shù)字電路與數(shù)字電子技術(shù)[M] .西北工業(yè)大學(xué)出

40、版社， 2004</p><p>　　附件：總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　1．總原理圖</b></p><p><b>　　2．元件清單</b></p><p><b>　　3．實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖：</b></p><p>　　圖