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简易多通道虚拟示波器的技术研究

0引言虚拟仪器是基于PC技术发展起来的,所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点,包括功能超卓的处理器

  0 导言

  虚拟仪器是依据PC技能发展起来的,所以彻底”承继”了以现成即用的PC技能为主导的最新商业技能的长处,包含功用超卓的处理器和文件I/O,使在数据导入磁盘的一起就能实时地进行杂乱的剖析。为了实时、精确地丈量输入波形的参数,本文选用自带8路10位ADC的单片机ATmega16,结合简略的外围电路,即可将输入波形实时传送给PC机进行处理。经过PC机上虚拟仪器渠道LabVIEW开发的上位机软件对波形进行显现和处理,然后到达简易虚拟示波器的作用。

  1 简易多通道虚拟示波器体系的规划

  简易多通道虚拟示波器体系的原理方框图如图1所示,数据收集由主控芯片ATmega16进行,收集后的数据经过RS232串口通讯芯片Max232将TTL电平转化为RS232电平,供给与PC机的接口,将数据量传送给PC机的LabVIEW开发渠道,渠道内上位机软件接纳来自串口的数据,经校验等处理后经过波形显现控件将收集到的波形显现出来。一起单片机能接纳上位机传送来的数据,然后操控数据收集的速度和精度以及收集的通道。

图1 虚拟示波器原理方框图。

  1.1 数据收集电路

  ATmega16单片机是美国Atmel公司出产的依据增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微操控器。ATmega16有如下特色:16k字节的体系内可编程Flash(具有一起读写的才能,即RWW),512字节EEPROM,1k字节SRAM,32个通用I/O口线,32个通用作业寄存器,用于鸿沟扫描的JTAG接口,支撑片内调试与编程,三个具有比较形式的灵敏的定时器/计数器(T/C),片内/外中止,可编程串行USART,有开始条件检测器的通用串行接口,8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP封装)的ADC,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI 串行端口,以及六个能够经过软件进行挑选的省电形式。

 图2 采样电路原理图。

  本规划正是使用ATmega16的8路10位可编程增益的逐次比较型ADC及可编程异步串行接口的内部资源,然后简化了电路规划的难度及编程难度。采样电路的电路图如图2所示,ATmega16只需结合简略的晶振电路和复位电路就能够完本钱规划的需求。模仿信号经过8路模仿输入的恣意端口输入即可,经过单片机内部程序操控,很简单就将输入模仿量转化为数字量。单片机再经过串行接口传输给PC机, 串行通讯经过串行发送引脚TXD(PD1)和串行接纳引脚RXD(PD0)衔接串行通讯接口电路完结数据的串行传送与接纳。

  1.2 串口通讯接口电路

  本体系规划中经过Max232衔接单片机和PC机。

  ATmega16 具有异步串行通讯接口(UART),UART是为能与计算机通讯的全双工异步体系。本体系选用RS232接口方法, 因为RS232信号电平与AVR单片机信号电平(TTL 电平)不一致,因此在选用RS232标准时有必要进行信号电平转化。在串行通讯的接口电路中选用MAX232芯片作为信号电平转化芯片,完结TTL电平缓RS232接口电平之间的转化。然后把ATmega16内部需求传送的数字信号精确无误地传输给PC机,供上位机软件读取并进行信号处理。

  串行接口电路原理图如图3所示,TTL电平引脚输入引脚9、10,衔接ATmega16的串行发送接口TXD和串行接纳接口RXD,经过电平转化为RS232电平,经过7脚和8脚衔接串行接口的2脚和3脚,串行接口经过串行通讯线衔接采样模块的串行接口和PC机的串行接口。ATmega16经过内部编程很方便地把数据传送给PC机。

图3 串口通讯接口电路图。

  1.3 多通道采样原理

  因为ATmega16内部ADC为8选1数据通道,在详细完结某路数据收集时就有必要更改多工挑选寄存器ADMUX的数值。为能随时更改通道,本规划选用主从方法,经过上位机发送给ATmega16的数值来改动通道。在ATmega16的串行中止的接纳中止中, 经过判别接纳的数值更改ADMUX的数值。一起,在串行接口接纳中止中,经过接纳的数值的编码也可用来改动ADC相邻两次转化之间的延时值,然后到达改动转化速率的作用。

  当需求收集双通道数值时,单片机内部ADC可选用分时复用的准则,一起将取得的八位数据加一个最高标志位,扩展为九位数据位。上位机经过对数据的最高位的校验,能够很方便地区别数据,在显现界面大将双通道波形实时显现更新。

  2 体系软件规划

  2.1 下位机软件规划

  下位机软件规划的关键是能使程序正确呼应中止服务程序,然后精确地完结ADC的转化和数据的精确传送。

  图4即为下位机程序的程序流程图。主函数运转随即进行串口和ADC寄存器的初始化,然后发动ADC的第一次转化,随即进入等候中止状况,若接纳到中止信号,体系立刻中止。在串口接纳中止中,进入中止随即读取中止接纳值,经过判别接纳值的巨细,改动体系采样通道值和ADC转化速率值。改动完结后中止回来。此刻,体系依据新的参数值运转。ADC转化完结中止发生后,读取当时转化值,读取完结后进行数字均值滤波,下降输入信号的搅扰。滤波完结后将成果经过串行通讯传送给PC机。

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