一种新颖的简易多通道虚拟示波器系统电路设计

　　 数据采集电路设计

　　ATmega16单片机是美国Atmel公司生产的基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。ATmega16有如下特点：16k字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1k字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C），片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路 10位具有可选差分输入级可编程增益（TQFP封装）的ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。

　　图2 采样电路原理图。

　　本设计正是利用ATmega16的8路10位可编程增益的逐次比较型ADC及可编程异步串行接口的内部资源，从而简化了电路设计的难度及编程难度。采样电路的电路图如图2所示，ATmega16只需结合简单的晶振电路和复位电路就可以完成本设计的需求。模拟信号通过8路模拟输入的任意端口输入即可，通过单片机内部程序控制，很容易就将输入模拟量转化为数字量。单片机再通过串行接口传输给PC机， 串行通信通过串行发送引脚TXD（PD1）和串行接收引脚RXD（PD0）连接串行通信接口电路实现数据的串行传送与接收。

　　 串口通信接口电路设计

　　本系统设计中通过Max232连接单片机和PC机。ATmega16 具有异步串行通讯接口（UART），UART是为能与计算机通讯的全双工异步系统。本系统采用RS232接口方式， 由于RS232信号电平与AVR单片机信号电平（TTL 电平）不一致，因此在采用RS232标准时必须进行信号电平转换。在串行通信的接口电路中选用MAX232芯片作为信号电平转换芯片，实现TTL电平和 RS232接口电平之间的转换。从而把ATmega16内部需要传送的数字信号准确无误地传输给PC机，供上位机软件读取并进行信号处理。

　　串行接口电路原理图如图3所示，TTL电平引脚输入引脚9、10，连接ATmega16的串行发送接口TXD和串行接收接口RXD，通过电平转换为RS232电平，通过7脚和8脚连接串行接口的2脚和3脚，串行接口通过串行通信线连接采样模块的串行接口和PC机的串行接口。ATmega16通过内部编程很方便地把数据传送给PC机。

　　图3 串口通信接口电路图。

　　 多通道采样原理：由于ATmega16内部ADC为8选1数据通道，在具体实现某路数据采集时就必须更改多工选择寄存器ADMUX的数值。为能随时更改通道，本设计采用主从方式，通过上位机发送给ATmega16的数值来改变通道。在ATmega16的串行中断的接收中断中， 通过判断接收的数值更改ADMUX的数值。同时，在串行接口接收中断中，通过接收的数值的编码也可用来改变ADC相邻两次转换之间的延时值，从而达到改变转换速率的效果，当需要采集双通道数值时，单片机内部ADC可采用分时复用的原则，同时将获得的八位数据加一个最高标志位，扩展为九位数据位。上位机通过对数据的最高位的校验，可以很方便地区分数据，在显示界面上将双通道波形实时显示更新。

　　本文设计的虚拟示波器系统由单片机ATmega16和Max232构成的下位机系统及由LabVIEW开发的上位机软件构成。系统充分利用 ATmega16单片机软硬件资源，方便快捷地实现数据采集。并且通过RS232接口实现与上位PC机的连接，PC机通过LabVIEW开发平台方便地实现进行数据的分析、处理、存储和打印输出的简易虚拟示波器。本系统具有电路简单、使用灵活方便等特点。因此能广泛应用于工业、农业、水文系统、环境监测等领域，实现现场勘测和数据采集。

系统电路图多通道电路设计虚拟示波器

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