一種新穎的簡易多通道虛擬示波器的技術研究

摘要：本文通過LabVIEW虛擬實驗軟件平臺設計了一種利用ATmegal6單片機進行數據采集，通過RS232串行通信將數據傳送給 PC的簡易虛擬示波器。用戶可以在開發平臺上對數據采集參數進行設置和調整以及對波形數據存儲。本系統的創新點是擺脫了傳統開發平臺的限制，具有多通道、方便、靈活等特點，在數據采集、傳感器監測等領域有重要應用。
關鍵詞：虛擬示波器；串口通信；LabVIEW；ATmegal6

0 引言
虛擬儀器是基于PC技術發展起來的，所以完全“繼承”了以現成即用的PC技術為主導的最新商業技術的優點，包括功能超卓的處理器和文件I／O，使在數據導入磁盤的同時就能實時地進行復雜的分析。為了實時、準確地測量輸入波形的參數，本文采用自帶8路lO位ADC的單片機ATmegal6，結合簡單的外圍電路，即可將輸入波形實時傳送給PC機進行處理。通過PC機上虛擬儀器平臺LabVIEW開發的上位機軟件對波形進行顯示和處理，從而達到簡易虛擬示波器的效果。

1 簡易多通道虛擬示波器系統的設計
簡易多通道虛擬示波器系統的原理方框圖如圖1所示，數據采集由主控芯片ATmegal6進行，采集后的數據通過RS232串口通信芯片Max232將 TTL電平轉換為RS232電平，提供與PC機的接口，將數據量傳送給PC機的LabVIEW開發平臺，平臺內上位機軟件接收來自串口的數據，經校驗等處理后通過波形顯示控件將采集到的波形顯示出來。同時單片機能接收上位機傳送來的數據，從而控制數據采集的速度和精度以及采集的通道。


1．1 數據采集電路
ATmegal6單片機是美國Atmel公司生產的基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。ATmegal6有如下特點：16k字節的系統內可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512 字節EEPROM，1k字節SRAM，32個通用I／O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內調試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器／計數器(T／C)，片內／外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路1O位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP封裝)的ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器。一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。
本設計正是利用ATmegal6的8路1O位可編程增益的逐次比較型ADC及可編程異步串行接口的內部資源，從而簡化了電路設計的難度及編程難度。采樣電路的電路圖如圖2所示，ATmegal6只需結合簡單的晶振電路和復位電路就可以完成本設計的需求。模擬信號通過8路模擬輸入的任意端口輸入即可，通過單片機內部程序控制，很容易就將輸入模擬量轉化為數字量。單片機再通過串行接口傳輸給PC機，串行通信通過串行發送引腳TXD(PD1)和串行接收引腳 RXD(PD0)連接串行通信接口電路實現數據的串行傳送與接收。