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作者：济源职业技术学院 阿利涛 许丽丽 姬璞阳
指导教师：任艳艳 常小明

　　作品简介

　　1、系统照片　　

　　2、开发背景
　　低频信号源和示波器都是各种电子测试和实验过程中不可缺少的仪器，在生产、科研和教学上发挥着重要作用。本系统采用STC15F2K60S2单片机及其外设电路和支持软件构成了便携式低频信号源及示波器，有效地将两种仪器功能合二为一，实用效果好。

　　3、结构说明
　　本系统采用了大赛组委会指定的单片机平台，以STC15F2K60S2增强型单片机开发板为核心，通过按键输入或PC机命令输入控制信号类型、频率、幅值的的选择，采用10位串行DA芯片TLC5615输出相应的波形。系统能通过P1.5 AD转换通道进行波形数据采集分析，以240*128图形点阵液晶显示模块进行相关信息和波形示意图的显示。系统功能强大、携带便捷、性价比较高。

　　4、功能与使用说明
　　系统采用C 语言进行编程，可作为低频信号源或示波器使用。
　　(1)作为低频信号源
　　利用定时器中断产生波形所需的频率，可实现正弦波，三角波，锯齿波和方波四种波形的产生，4种波形的频率和幅值可调且方波占空比可调，通过示波器和频率计数器测试，波形无明显失真，频率准确。
　　(2)作为示波器
　　通过P1.5 AD转换通道进行波形数据采集分析，并在液晶上显示波形和电压、频率参数。

　　使用说明：
　　(1)SH1拨码开关1号键拨至右边接地，选择(SL13—SL16)4个独立按键，SL16设置键，SL15为加键和示波器功能切换键，SL14为减键，SL13为确认键。
　　(2)SL15加键还是信号源与示波器切换键，按下SL15后，进入示波器功能界面，可现实0—4KHz的波形，并能显示电压峰峰值和输入信号频率。
　　(3)通过串口助手可实现PC机与系统通信，程控信号源，根据PC机发出的指令产生所需参数的波形信号。

　　平台选型说明

　　通过软硬件结合，硬件成本低，软件起点低，优化型相对较好，容易实现且满足设计要求，经综合考虑，我们采用大赛组委会指定单片机开发板(以STC15F2K60S2芯片为控制核心)。

　　设计说明

　　1、设计方案
　　采用宏晶公司的STC15F2K60S2单片机，通过编程的方法控制信号波形的类型、频率、幅值，而在硬件电路不变的情况下，通过程序实现频率的变化、输出波形的选择和幅值的调节，并同时在液晶点阵模块上显示其各自的类型、数值、波形示意图等相关信息。
　　示波器是利用单片机自带高速AD采集数据，分析出波形的频率、幅值并在液晶上显示波形及相关信息。
　　系统主要主要模块包括电源、STC15F2K60S2开发板、DA转换、RC低通滤波器、图形点阵液晶显示。电源部分：系统采用单5V电源供电。

　　2、设计原理
　　利用STC15F2K60S2构造低频信号源及示波器，可产生正弦波、锯齿波、三角波、方波四种波形，再通过D/A转换器TLC5615将数字信号转换成模拟信号，RC低通滤波，最终由示波器显示出来，通过键盘或PC机来控制四种波形的类型选择、频率变化、电压变化、方波占空比，在液晶显示模块上显示其各自的类型、数值、波形示意图等相关信息。
　　通过P1.5 AD转换通道进行波形数据采集，单片机分析出波形的频率、幅值，并在液晶上显示波形及相关信息。
　　系统采用单电源供电，3线串行接口，高阻抗基准输入端， DAC最大输出电压为基准电压的2倍，上电时内部自动复位，微功耗，最大功耗为1.75mW，转换速率快，更新率为1.21MHz。TLC5615内部主要包括：10位DAC电路，1个16位移位寄存器，接受串行移入是二进制数，并且有一个级联的数据输出端DOUT，并行输入输出的10位DAC寄存器，为10位DAC电路提供待转换的二进制数，电压跟随器为参考端提供大约10MΩ的高输入阻抗，2倍放大电路提供2倍基准电压的输出。
　　系统采用过了RC低通滤波器：由100Ω电阻和0.1uF电容构成截止频率15923Hz的低通滤波器，滤除高频干扰。
　　系统通过JG1、JG2外接5V电源供电，从开发板引脚扩展插针连线至焊接好的万能板，单片机通过高速SPI接口控制DAC芯片完成数据传输。单片机使用内部高精度R/C 时钟33MHz，通过板载RS232接口与PC机通信，SH1拨码开关1号键拨至右边接地，选择(SL13—SL16)4个独立按键，SL16设置键，SL15为加键和示波器功能切换键，SL14为减键，SL13为确认键。P13口的TL431输出2.5V接至DAC芯片的基准输入端。
　　开机系统默认发200Hz、4.5Vpp的正弦波，按下设置键触发外部中断，波形停止输出，进入按键扫描程序，液晶设置项显示会从---变为电压，此时可通过加减键调节信号输出幅值，液晶对应电压项显示会从0.5—4.5步幅0.5显示，再次按下设置键设置项会变显示频率，通过加减键可调节频率20、40、100、150、200Hz，对应频率显示会跟着变化，再次按下设置键，设置项会显示波形，通过加减键可切换正弦波，三角波，锯齿波，方波，对应液晶波形显示项会跟着变化，液晶左边会对应有波形示意图显示，波形上方会有对应波形英文显示。当波形显示项为方波时再次按下设置键，设置项会变为占空比，液晶对应位置显示占空比：50%，加减键可以改变占空比10—90，步幅为20，当所有参数设置完成后按下确认键所设置参数波形开始输出。SL15加键还是信号源与示波器切换键，按下SL15后，进入示波器功能界面，可现实0—4KHz的波形，并能显示电压峰峰值和输入信号频率(以4KHz电压2.0Vpp正弦波和1KHz电压4.0VPP锯齿波为例)。
　　通过串口助手(参数设置为9600波特率，8个数据位，1个停止位，无校验位)PC机与系统通信，程控信号源，根据PC机发出的指令产生所需参数的波形信号。
　　PC机命令控制：
　　SYST:RWL 联机命令，此时屏蔽按键操作，液晶左下方会显示PC control表示现在处于PC机程控状态。
　　SYST:LOC 断联命令，液晶左下方PC control消失，处于断联状态，响应按键操作。

　　3、原理框图
　　FREQ= 设置频率(20,40,100,150,200)否则为200
　　VOLTAGE= 设置电压 (0.5—4.5)只能是0.5的整数倍，否则自动为4.5
　　WAVE= 设置波形(0,1,2,3)否则为0
　　DUTYRATIO= 设置方波占空比(10,30,50,70,90)否则为50，只能在wave=3时设置
　　当系统作为示波器功能使用时，输入信号叠加直流偏置后接到单片机的P1.5 AD转换通道，利用定时器中断确定采用频率，根据转换后的数据分析的方式计算出信号频率，峰峰值，乘上各自的修正系数作为最终的频率值和峰峰值，波形和参数可通过液晶屏显示。

　　3、设计框图　　

　　作品特色

　　本设计充分地利用了基于STC15F2K60S2单片机开发板的资源，硬件电路简单。信号源部分采用3线串行10位DA电压输出转换芯片，输出有4种波形可供选择，且波形的各种参数均可调节。示波器部分采用系统自带AD功能。
　　系统控制采用手动按键和PC机程控两种操作方式，人机界面采用240*128大屏显示，清晰明了，操作简单。可使用于要求不高的场合。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2489