基于单片机的等效采样示波器设计
摘要：介绍了基于单片机系统的精密时钟发生电路对高频信号（1MHz～80MHz）进行等效采样的方法，设计并实现一个模拟带宽为1Hz～80MHz的简易数字示波器。关键词：单片机 等效采样 数字示波器
在数字示波器技术中，常用的采样方法有两种：实时采样和等效采样。实时采样通常是等时间间隔的，它的最高采样频率是奈奎斯特极限频率。等效采样（Equivalent Sampling）是指对多个信号周期连续样来复现一个信号波形，采样系统能以扩展的方式复现频率大大超过奈奎斯特极限频率的信号波形。
1 总体设计
由于所设计的示波器输入频率范围较宽，本系统采用了等效和实时两种采样方式。若输入频率小于1.25MHz，选用实时采样；反之，选用等效采样。根据输入频率确定时钟芯片的输出及分频数。当输入频率高于1kHz时，利用可编程频率合成芯片SY89429V产生基准时钟；当输入频率小于1kHz时，由单片机提供40kHz的基准时钟。然后根据输入频率的大小对基准时钟使用不同的分频数，从而产生采样时钟。
2 硬件设计
2.1总体设计
本系统在硬件上可分为五部分：控制器、测频及键盘控制、波形采样、程控时钟和液晶模块。系统功能如图1所示。
（1）控制器
控制器部分任务较重，通过两片89C52（MCU1和MCU2）来完成。其中，MCU1负责采样、数据处理以及程序时钟和液晶的控制工作；MCU2完成测频、DAC输出和键盘接口处理功能。两单片机通过串口通信。
(2)测频模块
本系统输入信号的频率范围较宽（1Hz～80MHz），隔度范围较大（0.1V～2.2V），整形电路采用高速比较器TL3016实现，其参考电压由MCU1对输入信号采样获得。整形后的信号经程控分频器送至MCU2测频，精度可达四位有效数字。
（3）波形采样模块
该模块由40MSPS的模数转换器TLC5540、静态存储器CY7C128A-20和可编程逻辑器件ispLSI1016E-80组成。
在程控时钟和程控分频器的控制下，CLPD产生存储器地址，将高速ADC的采样数据以程控频率写入静态RAM。写满256个点后，将静态RAM的控制权通过数据选择器转交给MCU1，由MCU1进行数据处理，并送液晶显示。
（4）程控时钟电路
程控时钟电路是本系统实现等效采样的关键，其核心是可编程频率合成芯片SY89429V。SY89429V的输出时钟范围是25MHz～400MHz，步进值0.125MHz～1MHz。它内部采用高频锁相环结构，对干扰很敏感，在硬件上采取了一定的抗干扰措施保证其稳定工作。
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