基于SPCE061A的通用示波器存儲功能擴展設計

　　目前，通用二蹤示波器如HH4310A/HH4311A、RS8等均無存儲功能，在學生實驗中能滿足信號測量的要求，但若用于測量一些非周期單脈沖信號，由于信號的突發性，這些通用的示波器往往不能對信號的波形、幅值、脈寬進行仔細的觀測。其在通用示波器中嵌入存儲功能，能極大地擴展應用范圍，具有較高的實用價值。筆者介紹一種利用SPCE061A型16位單片機在HH4310A/HH4311A型通用示波器中嵌入存儲功能的原理及實驗結果。

　　2 通用示波器的基本工作原理

　　通用示波器的頻率繁多，電路各不相同，但總的來說，可以歸納為3個主要組成部分：垂直系統（主要實現Y輸入信號的放大）；水平系統（主要實現水平掃描和水平放大）和主機（主要包括低/高壓電源和顯示電路）。基本結構如圖1所示，各組成部分的詳細工作原理參閱參考文獻［1］。

　　3 嵌入存儲功能的原理

　　在通用示波器中嵌入存儲功能的基本原理是用A/D轉換器把仿真信號轉換為數字信號，然后存儲到RAM中，需要顯示時，將RAM中的存儲的數字信號按順序讀出，通過D/A轉換器恢復仿真信號，在示波器熒光屏上顯示出來。在設計中，利用SPCE061A型16位單片機中的A/D轉換器實現對示波器的Y輸入被測信號的模/數轉換，轉換的結果存儲在SPCE061A內部的SRAM中，顯示時，經SPCE061A的D/A轉換器恢復輸入的仿真信號，SPCE061A及相關電路構成的擴展電路接在通用示波器垂直系統的Y輸入電路及前置放大器之間，如圖2所示。

　　3.1 A/D轉換的原理及性能要求

　　要實現對輸入被測信號的存儲，A/ D轉換（取樣、量化、編碼）是關鍵，根據奈奎斯特（Nyquist）取樣定理，曲江后能夠不失真地還原出原信號，必須滿足fs＞2fm，即取樣頻率必須大于信號最高頻率的2倍。在SPCE061A中有7路10位逐次逼近型A/D轉換器，通用對A/D轉換器有關控制寄存器P_ADC_Ctrl（$7015H）、P_ADC_MUX_Ctrl（$702BH）的合理設置啟動A/D轉換，從P_ADC_MUX_Data（$702CH）單元中讀出A/D轉換的值。SPCE061A中A/D轉換的最高速率為（Fosc/32/16Hz），如果速率超過此值，從P_ADC_MUX_Data中讀出數據時會發生錯誤。A/D轉換的最大頻率相應率（Fosc/32/16Hz）如表1所示。

　　在SPCE061A中，32768Hz的實時時鐘經過PLL倍頻電路產生系統時鐘Fosc，Fosc再經過分頻得到CPU時鐘（CPUCLK），通過對寄存器P_System Clok（$7013H）的編程來完成對系統時鐘Fosc和CPU時鐘頻率的定義。默認時，Fosc、CPUCLK分別為24.576MHz和Fosc/8。

　　根據A/D轉換的基本原理及SPCE061A的A/D轉換的特性，在通用示波器中嵌入的存儲功能模塊的最大不失真頻率為20kHz。