CN109656176A - 一种示波器控制面板电路及其控制方法及示波器 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种示波器控制面板电路及其控制方法及示波器。其中，一种示波器控制面板电路，包括单片机，其与示波器采样模块相互通信；接插件，其与单片机的写入端口相连，用于将示波器控制面板控制程序进行烧写至单片机内；移位寄存器，其串接于单片机与旋钮及按键阵列之间；所述单片机通过与移位寄存器相互通信来实现对按键和旋钮阵列的识别及控制。

Description

一种示波器控制面板电路及其控制方法及示波器

技术领域

本公开属于测试技术领域，尤其涉及一种示波器控制面板电路及其控制方法及示波器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，数字示波器功能越来越丰富，逻辑分析仪、函数发生器、电压表等功能已实现与示波器的集成。各个功能之间的切换、各功能的使用各不相同，占用的FPGA资源也越来越多，对示波器控制面板的要求也越来越高。随着示波器功能的集成化程度越来越高，对控制面板的功能要求也越来越高。逐渐减小的布局空间，更加多样化的控制方案，旋钮的精确控制、按键和旋钮的复用等对控制面板的硬件设计提出了更高的要求。

现阶段，控制面板的设计方案可分为两种。第一种是直接通过仪器内部的FPGA实现对旋钮和按键的控制。该方案虽然可以根据需求增减按键或旋钮，但对于示波器来说，随着示波器功能的增加，对示波器内部FPGA的资源占用也越来越多，用于控制面板设计的FPGA资源将不再充裕，无法应对示波器集成化的发展趋势。另一种是通过单独的单片机实现控制面板上按键的功能，旋钮的精确控制由FPGA控制。该方案虽占用了较少的FPGA资源，但增加了FPGA的工作线程，使示波器控制面板在使用时容易出现卡顿现象，降低了示波器工作的流畅性。而且该种方案使用的单片机体积较大，无法满足小空间的电路设计。以上两种方案的控制面板调试均依赖于相对应的调试平台，不利于批量的生产调试。

发明内容

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种示波器控制面板电路，其能够支持示波器控制面板的单独调试，在批量生产中提高了调试效率。

本公开的一种示波器控制面板电路，包括：

单片机，其与采样处理器相互通信；

接插件，其与单片机的写入端口相连，用于将示波器控制面板控制程序进行烧写至单片机内；

移位寄存器，其串接于单片机与旋钮及按键阵列之间；所述单片机通过与移位寄存器相互通信来实现对按键和旋钮阵列的识别及控制。

在一个或多个实施例中，所述旋钮及按键阵列的行数不超出移位寄存器提供的行数。

在一个或多个实施例中，所述旋钮及按键阵列中的旋钮部分的管脚增加了滤波电容，用来增强信号电平的稳定性，有效降低传输至单片机电平的误判率。

在一个或多个实施例中，所述单片机还与固定频率的晶振相连，用于为单片机的运行提供外部时钟。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种示波器控制面板电路的控制方法。

本公开的一种示波器控制面板电路的控制方法，包括：

步骤1：通过接插件将示波器控制面板控制程序写入单片机，建立单片机与采样处理器之间的通信；

步骤2：单片机扫描按键阵列电平是否发生变化，若是，则进入下一步；否则，进入跳转到步骤4；

步骤3：单片机将变化信息传送给采样处理器，采样处理器做出相应控制后，向单片机发出复位信号，返回步骤2；

步骤4：单片机扫描旋钮阵列电平是否发生变化，若是，则单片机将变化信息传送给采样处理器，采样处理器做出相应控制后，向单片机发出复位信号，返回步骤2；否则，直接返回到步骤2。

在一个或多个实施例中，建立单片机与采样处理器之间的通信之前，还包括：

判断示波器控制面板控制程序是否正确写入，若是，则直接建立单片机与采样处理器之间通信，否则，通过接插件重新将示波器控制面板控制程序写入单片机。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种示波器。

本公开的一种示波器，包括上述所述的示波器控制面板电路。

在一个或多个实施例中，所述示波器控制面板电路与采样处理器相互通信。

在一个或多个实施例中，所述采样处理器为FPGA芯片。

本公开的有益效果是：

(1)采用超小封装单片机和移位寄存器，满足不同大小控制面板的按键和旋钮控制及硬件布局；

(2)支持示波器控制面板的单独调试，在批量生产中提高了调试效率；

(3)控制面板的控制与采样处理器FPGA最大程度的分离，节省了采样处理器FPGA资源；

(4)单片机与移位寄存器相结合，实现了按键和旋钮个数的任意扩展，增强了本设计电路的实用性；

(5)旋钮和按键的控制均由同一单片机和移位寄存器的组合实现，更加高效精确；

(6)旋钮部分增加滤波电容，提高了电平变化信号的稳定性，有效降低了单片机对相应信号的误判率。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的示波器控制面板电路原理图；

图2(a)是按键类阵列分布图；

图2(b)是旋钮类阵列分布图；

图3是X1管脚定义图；

图4是示波器控制面板的控制流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本公开中采样处理器为FPGA芯片为例来进行详细说明：

现有的技术方案均需占用部分FPGA才能实现旋钮和按键的精确控制和复用，无法满足示波器功能集成化的趋势，而且调试效率低下，不利于批量的生产调试。而且，现有方案无法满足有限空间的硬件布局。

针对以上的缺点，本公开提供了一种示波器控制面板电路。

图1为示波器控制面板的电路实现框图。其中，D1为采样处理器FPGA，通过接插件与键盘板上小封装单片机D2进行通信，只占用了FPGA的两对端口。此外，可以通过X1接插件单独对单片机D2进行示波器控制面板控制程序的烧写。G1为固定频率的晶振，为单片机的运行提供外部时钟。单片机通过和移位寄存器的通信，实现对按键和旋钮阵列U1的识别及控制。按键和旋钮阵列U1分布图分别如图2(a)和图2(b)所示。

在本实施例中，单片机选用高速高可靠的新一代增强型8051单片机—STC12C2052AD单片机，该单片机具有超小封装，仅占用45mm2，同时配以仅占32mm2的移位寄存器74VHC595，可满足各种大小的控制面板的按键及旋钮控制。

图1中，单片机STC12C4052AD中0-7管脚(该单片机可用的A/D管脚)决定了按键和旋钮阵列可扩展的最大列数，每个A/D管脚可为按键和旋钮阵列增加1列，具体使用可根据需要调整，74VHC595的个数i决定了按键和旋钮阵列可扩展的最大行数。本设计电路采用单片机STC12C4052AD的所有A/D管脚，根据配置不同数量的74VHC595个数来进行按键和旋钮阵列的扩展，以满足不同的需求。

根据图2(a)和图2(b)，行数m的数值由图1中所用74VHC595的个数决定，每个74VHC595可提供8个可用于扩展的行数，最终的按键和旋钮阵列的行数不能超出所用74VHC595可提供的行数，需满足m≤8i，具体行数可根据不同控制面板需求决定。此外，按键阵列中最终使用个数需满足不超过8n+8，(n为按键阵列总行数)，按键和旋钮总个数需满足8n+8+y+3≤8*8i，具体使用个数可根据不同需要进行删减。

为方便论述，以2个74VHC595和STC12C4052AD的8个ADC端口为例，具体控制方法如下所述。

首先，根据图1所示，使用电脑端的STC-ISP软件控制下载“用户程序”通过X1下载到单片机STC12C4052AD中。该过程无需与FPGA通信，只需单个控制面板即可完成。其中，X1的管脚定义如图3所示。图3中，VCC为单片机提供工作电压，TXD和RXD为传输端口。

完成“用户程序”的下载后，可在STC-ISP软件的串口助手界面通过发送和接收特定数据(用户程序中设定的代表不同功能的数据值)判断“用户程序”是否下载成功。

下载成功后，将控制面板与示波器FPGA之间建立通信，进行控制面板控制。以功能1(S1)按键和多功能a(X1)旋钮为例(n＝3时)。当按下S1时，第D0行和第0列的电平同时发生变化，D0行的变化通过74VHC595传送至STC12C4052AD单片机，第0列的变化直接送至单片机，然后单片机将这两个变化通过TXD发送到XC7VX690T-2FFG1761I的对应地址，FPGA根据发送的信号判定该按键所代表的示波器功能，并在示波器控制界面进行显示，同时通过RXD将完成信号发送至控制面板单片机，进行对应控制数据的复位，至此完成了一次按键的操作。对于旋钮X1，当旋动旋钮时，D4将电平变化信息经74VHC595传送给STC12C4052AD单片机的同时，单片机D2从0-7中与X1对应的连线0的电平变化同样传送到单片机，然后单片机将这两个变化通过TXD发送到XC7VX690T-2FFG1761I的对应地址，FPGA根据信号做出相应的控制及显示，并对单片机进行控制数据的复位。在图2(b)中，设计电路在旋钮的部分管脚增加了滤波电容，增强了信号电平的稳定性，有效降低了传输至单片机电平的误判率。

本公开的基于小封装单片机的示波器控制面板电路采用超小封装的单片机和移位寄存器，节省了硬件布局空间；增加了控制面板单片机的写入端口，可实现对所用单片机程序的单独写入；将示波器控制面板的控制最大程度的与FPGA分离，节省了FPGA资源，同时方便了批量生产时对控制面板的调试；使用单片机和移位寄存器的相结合，使按键和旋钮个数可以任意扩展和缩减，增强了设计电路的实用性；旋钮和按键的控制均由同一单片机和移位寄存器的组合实现，更加高效准确；对旋钮的部分管脚增加了滤波电容，使传输至单片机的变化电平更加稳定，有效降低了单片机对电平变化的误判率。

示波器控制面板的控制流程图如图4所示，具体地：

本公开的一种示波器控制面板电路的控制方法，包括：

步骤1：通过接插件将示波器控制面板控制程序写入单片机，建立单片机与采样处理器之间的通信；

步骤2：单片机扫描按键阵列电平是否发生变化，若是，则进入下一步；否则，进入跳转到步骤4；

步骤3：单片机将变化信息传送给采样处理器，采样处理器做出相应控制后，向单片机发出复位信号，返回步骤2；

步骤4：单片机扫描旋钮阵列电平是否发生变化，若是，则单片机将变化信息传送给采样处理器，采样处理器做出相应控制后，向单片机发出复位信号，返回步骤2；否则，直接返回到步骤2。

具体地，建立单片机与采样处理器之间的通信之前，还包括：

判断示波器控制面板控制程序是否正确写入，若是，则直接建立单片机与采样处理器之间通信，否则，通过接插件重新将示波器控制面板控制程序写入单片机。

在上述控制方法中，针对本电路设计，STC12C4052AD单片机与FPGA的通信在控制面板确认无误后进行，不再需要专用的FPGA平台，通过STC-ISP软件可以方便快捷的实现对STC12C4052AD的程序烧写，在降低了硬件电路联调风险的同时，将控制面板的调试与示波器主机分离，使控制面板的调试更加独立，批量生产时提高了调试效率。

本公开还提供了一种示波器，包括上述所述的示波器控制面板电路。

其中，所述示波器控制面板电路与采样处理器相互通信。

所述采样处理器为FPGA芯片。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种示波器控制面板电路，其特征在于，包括：

单片机，其与采样处理器相互通信；

接插件，其与单片机的写入端口相连，用于将示波器控制面板控制程序进行烧写至单片机内；

移位寄存器，其串接于单片机与旋钮及按键阵列之间；所述单片机通过与移位寄存器相互通信来实现对按键和旋钮阵列的识别及控制。

2.如权利要求1所述的一种示波器控制面板电路，其特征在于，所述旋钮及按键阵列的行数不超出移位寄存器提供的行数。

3.如权利要求1所述的一种示波器控制面板电路，其特征在于，所述旋钮及按键阵列中的旋钮部分的管脚增加了滤波电容，用来增强信号电平的稳定性，有效降低传输至单片机电平的误判率。

4.如权利要求1所述的一种示波器控制面板电路，其特征在于，所述单片机还与固定频率的晶振相连，用于为单片机的运行提供外部时钟。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的示波器控制面板电路的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：通过接插件将示波器控制面板控制程序写入单片机，建立单片机与采样处理器之间的通信；

步骤2：单片机扫描按键阵列电平是否发生变化，若是，则进入下一步；否则，进入跳转到步骤4；

步骤3：单片机将变化信息传送给采样处理器，采样处理器做出相应控制后，向单片机发出复位信号，返回步骤2；

步骤4：单片机扫描旋钮阵列电平是否发生变化，若是，则单片机将变化信息传送给采样处理器，采样处理器做出相应控制后，向单片机发出复位信号，返回步骤2；否则，直接返回到步骤2。

6.如权利要求5所述的示波器控制面板电路的控制方法，其特征在于，建立单片机与采样处理器之间的通信之前，还包括：

判断示波器控制面板控制程序是否正确写入，若是，则直接建立单片机与采样处理器之间通信，否则，通过接插件重新将示波器控制面板控制程序写入单片机。

7.一种示波器，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的示波器控制面板电路。

8.如权利要求7所述的示波器，其特征在于，所述示波器控制面板电路与采样处理器相互通信。

9.如权利要求8所述的示波器，其特征在于，所述采样处理器为FPGA芯片。