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1、 课 程 设 计 报 告题 目: 通用示波器显示字符 学 院: 班 级: 学生（学号）: 学生（学号）: 日期: 2011 年 1 月 摘 要阴极射线示波管是示波器的核心部件，它的内部有两对相互垂直的偏转板，称为偏转板和偏转板。当偏转板之间加电压时，电子束在荧光屏上作水平方向移动，移动的距离和成正比。当偏转板之间加电压时，电子束在荧光屏上作垂直方向移动，移动的距离与成正比。如果两个偏转板同时加电压，其中为与时间t成正比的线性电压（通常为锯齿波电压），为被观测的信号电压，则荧光屏上将显示以X-Y为坐标的波形即被测信号的波形。当锯齿波电压（又称扫描电压）的周期是被测信号的周期的整数倍N时，显示屏上
2、将显示N个完整的波形。示波器的这一显示原理是示波器显示波形或字符的基础。数字存储示波器波形显示的基本原理：先用转换器将被测量信号数字化，并写入数字存储器，在需要显示时，再从存储器读出，经过转换器还原成模拟信号，送到示波管的偏转板。综合以上两种示波器的显示原理，我们可以实现以下通用示波器显示字符的功能：首先将要显示的字符人工转化为数字量，依次写入ROM的连续地址中。再通过计数器产生相应的地址，读出这些数字量，经过转换器转换为模拟量输入通用示波器，就能在显示屏上显示出设定好的字符。关键词： 字符 数字化 ROM读写 D/A转换 通用示波器 显示字符目 录一、课程设计目的3二、设计任务与要求3三、方
3、案设计与论证3四、单元电路设计与参数计算10五、电路的安装与调试12六、遇到问题的解决方法14七、结论与心得14八、参考文献15通用示波器显示字符一、 课程设计目的掌握了解集成电路DAC0832的内部结构和工作原理，掌握D/A转换器的基本应用及滤除毛刺的措施；学会通用示波器上显示字符的电路设计方法；了解数字存储示波器的基本组成及其特点。二、设计任务与要求1、任务：设计在通用示波器上显示汉字的控制电路。2、要求和指标：（1）使用示波器的X-Y方式显示汉字字符；（2）两个内容：09H数字字母、一句唐诗，内容自选；（3）人眼不易觉察闪烁；（4）分为两行显示方式-用按键选择。三、方案设计与论证课程设计
4、要求设计在通用示波器上显示数字和汉字的实验电路图，结合数字存储示波器的显示原理：我们首先应该将要显示的字符人工转化为数字量，依次写入ROM的连续地址中。再通过计数器产生相应的地址，读出这些数字量，经过转换器转换为模拟量输入通用示波器，就能在显示屏上显示出设定好的字符。以下是我们的三种电路方案：方案一：使用一片EPROM交替存储和1. 电路的组成框图 分析表明，我们的电路既要具有存储字符的功能，又要有转换功能。由此得到电路的组成框图如图1所示。函数信号发生器74LS161计数器CPEPROM2864地址线DAC0832DAC0832数据线数据线运算放大器LM324运算放大器LM324示波器CH1
5、示波器CH1控制电路图1系统组成框图其中，字符存储器的作用是存储所要显示字符的代码，可以采用EPROM存储器。例如显示字符“0”，字符代码形成过程如图2： 图2 字符“0”的代码生成存储单元中的代码如图3：图3 ROM中存储的代码2. 字符显示电路设计（1） 字符存储控制电路字符控制电路如图4所示：其中EPROM存储要显示的字符代码，从000地址开始写入数字字符，从100地址开始写入汉字字符，有效字符占低八位；ROM的的单元存储的代码，的单元存储的代码；四片74LS161芯片级联成M计数器，共16位，其中低8位接入ROM低八位，提供读取数据的地址；计数器最高两位、接入ROM的、，使低位的有效数
6、据能多次扫描，增加字符显示的延迟时间；、接地；另外加入了控制位和相应的转换电路，当为0时输出数字，并交替显示，为1时、输入为0，从100地址开始读取汉字字符并显示。图4 字符存储控制电路(2) 转换电路转换电路的作用是将存储器中输出的代码转换成示波器的、放大器所需要的模拟量，如图5所示：由两片DAC0832芯片构成，ROM的输出接入转换器的输入；同时用选通转换器，当时，接Y放大器的转换器选通，向示波器输入的模拟量，当时，接放大器的转换器，想示波器输入的模拟量；放大器的作用是将转换得到的电流信号转换成电压信号；如果信号直流失调或者毛刺严重，应该再接一级滤波电路；为了使屏上得到稳定的波形，低位地址
7、计数器的输入脉冲不能很高，因为受到DAC0832转换速率的限制，但是也不能太低，否则字符将不能连续显示。图5转换电路方案二 使用两片EPROM分别连续存储代码由于方案一中控制电路部分通过74LS161计数器的最低位来控制两片DAC0832的片选段信号，来交替的选通两片DAC0832，并交替的输出某一点的坐标值。但是，经过我们长达一天半时间的调试，该方案的显示效果非常不佳。为了尽量减少复杂电路带来的干扰，我们选择了一种较为简捷但直观而保险的方案：将图上要显示点的坐标分别对应存入两片EPROM，利用计数器的计数值扫描EPROM中的坐标，通过有控制的电路输出对应点。计数器电路部分，转换电路基本相同，
8、这里不再赘述。1. EPROM存储结构这里我们将坐标分开放置，但是对应的屏幕上的笔画，其坐标必须一一对应。EPROM中为了使每个字符都能占满八位的地址，以便在一个计数器的循环周期内能够显示该字符，并且有利于控制字符之间的转换，我们采用了部分笔画重复写的技巧。以下是两片EPROM中的部分内容：图6坐标存储代码图7坐标存储代码2. 字符存储控制电路电路结构与方案已基本一致，仅仅在74LS161里又引出地址线到第二片EPROM。方案二的字符存储控制电路如下所示：图8方案二字符存储控制电路方案三：利用增辉脉冲方案一和方案二都是利用李沙育图形法将字符的代码转换成X、Y的电压信号。如果使用比较原始的模拟示
9、波器，我们还可以采用增辉的方法显示字符：在X、Y偏转上板分别加上不同频率的锯齿波，使屏上出现点阵。再利用Z轴的增辉脉冲，使其在显示字符的对应点上增辉。三种方案的总体比较：（1）、方案一中控制电路部分通过74LS161计数器的最低位来控制两片DAC0832的片选段信号，来交替的选通两片DAC0832，并交替的输出某一点的坐标值。电路较为复杂，很可能会导致选通时序的不一致。（2）、方案二X和Y的代码分别存储在两个ROM中，不需要提供片选信号，这样可以减少出错的几率，缺点只有写入代码稍微有点麻烦；（3）、方案三要用到模拟示波器，操作和调整的过程相对比较难。综合以上三方面以及实际的测试，我们最终决定采
10、用方案二来稳定地实现实验所要求的设计。四、单元电路设计与参数计算(1)计数器单元电路 由于我们写ROM的规则为每256个地址写一个字符，所以取这些字符的地址需要计数器低8位。同时，为了使每个字符的显示时间有一定的驻留，需要多次重复取某个字符，所以还需要计数器有更高的位来实现控制。于是，我们使用四片74LS161芯片级联成为一个计数器，如图： 图9 计数器单元电路（2）存储单元电路和数字/汉字切换控制单元 计数器的低8位接ROM地址段地八位，作为取字符代码的地址；最高的两位接ROM的、，使在显示数字时每个数字有一定的延时；当显示汉字时，我们需要、接0，故设计了一个由两个与门组成的切换控制单元：当
11、为0时输出数字，并交替显示，为1时、输入为0，从100地址开始读取汉字字符并显示。 图10 存储单元电路和数字/汉字切换控制单元（3）转换单元两个ROM的输出分别接入各自的转换器，完成转换，得到电流信号。值得注意的是DAC0832的一些引脚的解法：、一定要接高电平；、一定要接地。图11 转换单元（4）放大器单元放大器单元是将转换得到的电流信号转换成为电压信号，即示波器能识别的信号。要注意放大器的同相端要接地，输出端反馈至转换器的。图12 放大器单元（5）滤波单元 如果信号直流失调或者毛刺严重，应该再接一级由放大器构成的滤波电路。五、电路的安装与调试1、电路的安装与检查在电路完成设计后，接下来面
12、临的问题就是如何快速有效的进行电路的安装。而为了更好的完成这一任务，我们严格按照各个元器件的引脚图、设计电路图和原理图进行线路的连接，并为后续实验打下坚实的基础。在线路检查环节，我们从以下一个方面着手：（1）检查电路连线是否正确为了避免连线的失误对结果的影响，我们在线路连接完成后分别按照设计电路图以及实际线路来对照原理电路两个方面对电路连线进行了全面的检查，排除包括错线（连线一端正确，另一端错误）、少线（安装时完全漏掉的线）和多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）等在内的各种问题。（2）元、器件安装情况在完成对电路连线的检查后，我们又进行了元器件安装情况的再次检查，包括：检查元、器件引脚之间
13、有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、集成器件和电解电容极性等。（3）电源供电与信号源连线检查电源供电（包括极性）、信号源连线是否正确。（4）电源端对地（）是否存在短路在通电前，断开一根电源线，用万用表检查电源端对地（）是否存在短路。若电路经过上述检查，并确认无误后，就可转入调试。2、调试方法（1）通电观察观察有无异常现象：有无冒烟，异常气味，元器件是否发烫，电源是否有短路等。如有以上情况，需及时断开电源，然后查找出现问题的元器件，然后逐一对照引脚图进行线路问题的排查。（2）静态调试a) 静态测试模拟电路的静态的工作点；b) 数字电路的各输入端和输出端的高、低电平值及逻辑关系。（3）动
14、态调试a）在电路的输入端接入适当频率和幅值的信号。首先用函数信号发生器，输入高于50Hz的方波信号，观察示波器显示图形的快慢，然后调节函数信号发生器选择最合适的输入频率。b) 循着信号的流向逐级检测各有关点的波形、参数和性能指标。c) 发现故障现象，缩小故障范围；d) 设法排除故障。六、 遇到问题的解决方法1. 方案一进行第一次调试时，示波器并没有按照预计的那样显示出字符，我们便利用实验板上的二极管小灯，降低频率，从计数器开始，到ROM输出，逐步测试地址线和数据线的输出值。检测结果计数器正常功能工作，而EPROM的数据输出却不是我们写在芯片中的值，我们想到可能是EPROM的接法不正确造成的，我
15、们将EPROM2864取出，在另一块电路板上进行连接，发现输出值正常。2. 这说明很有可能是运放出了问题，我们将运算放大器和DAC0832取出，直接使用两片74LS161计数输出到DAC0832并经运算放大器LM324转换为模拟值输出到示波器。显示为正常的阶梯波，说明运放也没有问题。3. 这时候我们将目光集中至控制电路的片选信号上，控制电路可能会导致两片DAC0832不再是同步的，由于这时候电路相当的复杂，我们放弃了该方案，使用方案二4. 方案二中，显示的“口”字非常的粗糙，笔画很不清晰。通过询问老师，老师告诉我们是接地那里出了问题，将接地重新接地址后，显示效果明显变好了。七、 结论与心得此次
16、课程设计，我们没有避重就轻，毅然选择了大家不愿意选择的题目。培养了我们综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题的能力，是锻炼实践能力的重要环节,也是对我实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾起此通用示波器显示字符的课程设计，至今我仍感慨颇多。的确，从选题到做出设计方案，从理论到实践，从一张图纸到真正实现，在这三天的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西。不仅可以巩固以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在设计过程中遇到了很多问题，可以说是困难重重。往往理论上能够实现的东西在实践中点得不到正确的结论，需要不断改进方案，使我们的方法更加简便可靠。这次课
17、程设计使我懂得理论与实践之间的差距，在实际应用中，只有理论知识是远远不够的，需要将理论同实践、经验等相结合才能得出正确的结论。同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说触发器的运用还是不怎么熟识，对ROM器件的逻辑功能还是不怎么了解等。看到了自己基础知识还是不够扎实，实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还有待提高。经过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识基础打牢。在这个过程中，曾因理论的失败而失落，曾因仿真的成功而欣喜，也曾因连接电路的繁琐而烦躁，汗水预示着结果也见证了收获。虽然这只是一次的较简单的课程设计，可
18、是也耗费了我们不少的心血。通过这次的课程设计，知识上的不但有了重要收获，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我大学旅途上一个非常美好的回忆！八、 参考文献1 谢自美.电子线路设计实验测试M .华中科技大学出版社，20062 岳怡. 数字电路与数字电子技术M .西北工业大学出版社，2004附件：总原理图及元器件清单1总原理图2元件清单元件序号型 号主要参数数量备注174LS1614位二进制计数器4274LS004个二输入与非门1374LS084个二输入与门14EPROM286413位地址输入，8位数据输出25DAC08328位数据输入，模拟输出26LM3244个运算放大器23实验结果图：图 1 Y-T显示格式下的波形图图 2 显示汉字“一日”图 3 动态显示中的一帧“3”
