基于单片机的嵌入式简易数字示波器设计-论文

基于单片机的嵌入式简易数字示波器设计-论文内容摘要：

X（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用） SCK（在系统编程用） P2 口： P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。 对 P2 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVX @DPTR） 时， P2 口送出高八位地址。 在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。 在使用 8位地址（如 MOVX @RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash编程和校验时， P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 P3 口： P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。 对 P3 端口写“ 1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL）。 P3 口亦作为 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下 所示 ： 在 flash 编程和校验时， P3 口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能 RXD(串行输入口 ) TXD(串行输出口 ) INTO(外中断 0) INT1(外中断 1) TO(定时 /计数器 0) T1(定时 /计数器 1) WR(外部数据存储器写选通 ) RD(外部数据存储器读选通 ) 苏州大学本科生毕业设计（论文） 第 10 页 此外， P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 RST—— 复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 ALE/PROG—— 当 访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应 设置 ALE 禁止位无效。 PSEN—— 程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP—— 外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存EA 端状态。 . 单片机外围电路设计 (1)、 晶振 电路 AT89S52 引脚 XL1 和 XL2 与晶体振荡器 CYS1 及电容 C C7 按图 34 所示方式连接。 晶振、电容 C C7 及片内与非门（作为反馈、放大元件）构成了电容三点式振荡器，振荡信号频率与晶振频率及电容 C C7 的容量有关，但主要由晶振频率决定，范围在 0～33MHz 之间，电容 C C7 取值范围在 5～ 30pF 之间。 根据实际情况，本设计中采用 12MHZ做为系统的外部晶振。 电容取值为 30pF。 图 34 晶振部分接线图 (2)、 复位电路 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，例如复位后 PC＝ 0000H，使单片机从第 — 个单元取指令。 无论是在单片机苏州大学本科生毕业设计（论文） 第 11 页 刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。 在复位期间（即 RST 为高电平期间）， P0 口为高阻态， P1－ P3 口输出高电平；外部程序存储器读选通信号 PSEN 无效。 地址锁存信号 ALE 也为高电平。 根据实际情况选择如图 35 所示的复位电路，该电路在最简单的复位电路下增加了手动复位按键，在接通电源瞬间，电容 C3 上的电压很小，复位下拉电阻 R4 上的电压接近电源电压，即 RST 为高电平，在电容充电的过程中 RST 端电压逐渐下降，当 RST 端的电压小于某一数值后， CPU 脱离复位状态 ，因为 电容 C3 足够大，可以保证 RST 高电平有效时间大于 24 个振荡周期， CPU 能够 正常复位。 增加手动复位按键是为了避免死机时无法正常 复位。 当复位按键按下后电容 C3 放电。 当电容 C3 放电结束后， RST 端的电位由 R4 决定。 由于 R4 很大 ， 因此 RST 为高电平， CPU 处于复位状态，松手后，电容 C3 充电， RST 端电位下降， CPU 脱离复位状态。 图 35 复位 电路接线图 . 信号 采集模块 本设计中的信号数据采集器 采用的是 A/D 转换器 TLC2543。 TLC2543 是德州仪器公司生产的 12 位开关电容型逐次逼近模数转换器，它具有 三个控制输入端，采用简单的 3 线 SPI 串行接口可方便地与微机进行连接，是 12 位数据采集系统的最佳选择器件之一。 TLC2543 的 主要特点 （ 1） 12 位 分辨率 A/D 转换器； （ 2）在工作温度范围内 10μ s 转换时间； （ 3） 11 个模拟输入通道； （ 4） 3 路内置自测试方式； （ 5）采样率为 66kbps； （ 6）线性误差177。 1LSBmax； （ 7）有转换结束输出 EOC； （ 8）具有单、双极性输出； （ 9）可编程的 MSB 或 LSB 前导； （ 10）可编程输出数据长度 TLC2543 引脚功能说明如下： 苏州大学本科生毕业设计（论文） 第 12 页 AIN0～ AIN10：模拟输入端，由内部多路器选择。 对 的 I/O CLOCK，驱动源阻抗必须小于或等于 50Ω； CS：片选端， CS 由高到低变化将复位内部计数器，并控制和使能 DATA OUT、 DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 CS 由低到高的变化将在一个设置时间内禁止 DATA INPUT 和 I/O CLOCK； DATA INPUT：串行数据输入端，串行数据以 MSB 为前导并在 I/O CLOCK 的前 4 个上升沿移入 4 位地址，用来选择下一个要转换的模拟输入信号或测试电压，之后 I/O CLOCK将余下的几位依次输入； DATA OUT： A/D 转换结果三态输出端，在 CS 为高时，该引脚处于高阻状态；当 CS为低时，该引脚由前一次转换结果的 MSB 值置成相应的逻辑电平； EOC：转换结束端。 在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输； VCC、 GND：电源正端、 接 地 端 ； REF＋、 REF－：正、负基准电压端。 通常 REF＋接 VCC， REF－接 GND。 最大输入电压范围取决于两端电压差； I/O CLOCK：时钟输入 /输出端。 TLC2543 接口时序 可以用四种传输方法使 TLC2543 得到 全 12 位分辩率，每次转换和数据传递可以使用12 或 16 个时钟周期。 一个片选（ ）脉冲要插到每次转换的开始处，或是在转换时序的开始处变化一次后保持 为低，直到时序结束。 图 36 显示每 次转换和数据传递使用16 个时钟周期和在每次传递周期之间插入 的时序，图 37 显示每次转换和数据传递使用 16 个时钟周期，仅在每次转换序列开始处插入一次时序。 图 36 16时钟传送时序图（使用 ， MSB在前） 苏州大学本科生毕业设计（论文） 第 13 页 图 37 16时钟传送时序图（不使用 ， MSB在前） 图 38 TLC2543部分 接线图 . 显示 模块 显示 模块非常简洁，直接是一块 KXM12864M 液晶 显示器。 液晶显示模块是 128 64 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（ 16X16 点阵）、 128 个字符（ 8X16 点阵）及 64X256 点阵显示 RAM（ GDRAM）。 可与 CPU 直接接口，提供两种界面来连接微处理机： 8 位并行及串行两种连接方式。 在单片机系统中使用液晶显示模块作为输出器件具有以下优点： （ 1）显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管（ CRT）那样需要不断刷新亮点。 因此，液晶显示器画质高而且不会闪烁。 （ 2）数字式接口 液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更简单，操作也更加方便。 （ 3）体积小、重量轻 苏州大学本科生毕业设计（论文） 第 14 页 液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态 来达到显示的目的，在重量上比相同显示面积的传统显示器件要轻很多。 （ 4）功率消耗小 相比而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动 IC 上，因而耗电量比其他显示器件也要小很多。 KXM12864M 引脚说明 如 表 39 所示 ： 表 39 KXM12864M引脚 说明 . 电源 部分 电源 部分直接用 5V 的直流电源供电即可。 第 软件 系统 . 信号采集 系统软件图 图 310 系统采样 子程序流程图 苏州大学本科生毕业设计（论文） 第 15 页 . 信号 显示 系统 软件图 图 311 信号 显示 系统 总体流程图 苏州大学本科生毕业设计（论文） 第 16 页 第 4章 系统测试 第 测试条件和方法 . 测试 条件 (1)、 电源 学院 电子实验室有 可供 直流电压为 5V 的电源。 (2)、 信号 发生器 用于 提供加有 偏置 的 常规 信号 . 测试 过程 (1)、 打开 电源 和 信号发生器 (2)、 调好 输入信号的频率、幅值 (3)、 加入偏置使得输入信号为 “ 正 ” 并 用实验室示波器测试 (4)、 连接好电源。