基于单片机的波形记录器_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的波形记录器_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ us e r \桌面 \记录器 \原理图 \波形记录器设计原理图 .ddbD r a w n B y :872U 1AL F 35 6872U 2AL F 35 6D1D2R110 k R210 k R4RWR35. 1k I np utR5+ 12GNDP 10 图 程控基准电源设计 程控基准电源主要是为 ADC0809 提供可变的参考电压，以适用不同幅度的输入信号，扩大信号的输入范围，采用此方法可降低系统对前端电路的要求，电路如图 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ us e r \桌面 \记录器 \原理图 \波形记录器设计原理图 .ddbD r a w n B y :+ 12R22kR1100kR5100KR3100KR451K872U 1AO P 07872U 2AO P 07872U 3AO P 072k10k20k40k80k120k16 0k 200kX013X114X215X312X41X55X62X74I N H6A11B10C9V E E7X3C D 40 51+ 5VD14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414C L K9C L R174 L S 17 5GND74 L S 13 8 的 Y4A L EP 03P 02P 01P 00A D C 08 09 的 R E F A D C 08 09 的 R E F + 图 程控基准电源电路 本电路主要采用精密单运放 OP0 CD4051 多路转换开关和地址锁存器73LS175 组成， CD4051 由单片机控制，其地址线和 ADC0809 的通道地址选择线相同， 这样每个通道和一个参考电压对 应了起来，即每个通道对应不同的输入信号的范围，这样记录波形前可估计波形的电压大小，以接入不同的通道。 显示电路设计 本 设计 采用数码管静态显示，利用单片机的串行口发送，采用 74HC164 锁存显示代码。 显示电路的具体电路如图。 东华理工大学毕业设计 （ 论文 ） 第三章 系统的硬件设计 8 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2 M a y 20 0 6 S he e t o f F i l e : E : \谈量 \原理图 \波形记录器 .d db D r a w n B y:abfcgdeD P Y1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpD P Y _7 S E G _D PA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR97 4H C 1 6 4+5 R X DT X D 图 该电路占用 I/O 接口资源少，且编程容易、管理简单、显示亮度高、稳定性好，占用 CPU 时间较少。 键盘接口电路 采用的是非编码键盘，非编码键盘是由软件来识别键盘上的闭合的，它具有结构简单 ，使用灵活等特点。 按键的消抖问题 组成键盘的按键有触点式和非触点式两种，单片机中应用的一般是由机械触点构成的。 由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会产生抖动，这种抖动对于人来说是感觉不到的，但对计算机来说，则完全可以感应到，因为计算机的处理速度是在微秒级，而机械抖动的时间至少是毫秒级，对计算机而言，这已是一个漫长的过程了。 要使每次按键只作一次响应，就必须考虑如何去除抖动，常用的去抖动的方法有两种：软件方法和硬件方法。 在此设计中，采用了软件法消除抖动，具体原理是：在单片机获得信息后，不是确 认按键按下，而是延长10 毫秒或更长的时间后，再次检测，如果仍然为低电平，则说明按键按下。 这样就避开了按键按下时的抖动时间，而在检测到按键释放后，再延时 5～ 10毫秒，消除后沿的抖动，然后对键值进行处理。 键盘与单片机的接口电路的设计 键盘与单片机的接口电路如图 ： 其 3个输出口 (P1 P1 P13)作为矩阵键盘的列线，每根线上都加一个上拉电阻， 用于减小干扰，再由 P1 P1 P17作为行线，整个键盘共设 9个键。 键盘的检测方式采用中断查询：当有按键按下时，都会使与门输出低电平，从而引起单片 机的中断，单片机再判断键号并转入相应的处理。 东华理工大学毕业设计 （ 论文 ） 第三章 系统的硬件设计 9 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ us e r \桌面 \记录器 \原理图 \波形记录器设计原理图 .ddbD r a w n B y :R10KR10KR10KS W 6 S W 9S W 4 S W 7S W 1S W 5 S W 8S W 2S W 3P 11P 12P 13P 15P 16P 17I N T 0+ 5V123A nd 图 键盘接口电路 控制和存储电路的设计 在系统的设计时，为节约成本，采用最小化硬件设计，其外部需接 ADC、 DAC、以及数据存储器，所以所选单片机只要有一定数量的并行输入 /输出口，有一定容量的程序存储器和定时器、外部中断源即可。 控制器的选择 在设计时选用了 ATMEL 公司的 8 位 Flash单片机 AT89C51，其引脚图 右图 所示。 AT89C51单片机内核由 8031 内核构成的，所以 AT89C51的内部结构与 80C51 相近且与 MC51 系列单片机相互兼容，对其指令系统熟悉。 本系统中需要并行输入 /输出口较多， AT89C51 有 4个八位的并行 I/O 口，通过数据地址线的分时复用，可以满足系统的要求； AT89C51 单片机带 4KB片内 ROM，可存储 4KB 的程序，而本系统的程序初步估计为一千个字节左右，因此程序存储器可满足系统要求，并留有相当大的剩余空间；方案中设计的显示电路采用串行口方式连接，而 AT89C51 有一个全双工串行口；另外设计中还用到了两个中断，而 AT89C51 有 6 个中断源，两个中断优先级的中断结构， 所 以采用 AT89C51 单片机能满足设计的要求。 单片机晶振电路的设计 单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过 X X2 引脚接入定时控制单元（晶体振荡和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。 电路如图 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10V C C40GND20A T 8 9 C 5 1东华理工大学毕业设计 （ 论文 ） 第三章 系统的硬件设计 10 所示。 图 单片机复位电路的设计 任何微机都是通过可靠复位之后才可有序执行应用程序。 同时，复位电路也是容易受干扰的敏感部位之一。 因此，复位电路设计要求：其一要保证整个系统可靠复位，并具有上电自动复位和手动复位功能；其二是要有一定的抗干扰能 力。 RST 引脚是复位输入信号，高电平有效。 在振荡器稳定工作时，在 RST 引脚施加两个机器周期（即 24个晶振周期）以上的高电平，单片机将有效复位。 如图 为单片机复位电路，本系统单片机的晶振为 6MHz，实践证明，只要 RESET 引脚的脉冲保持 10ms 以上的高电平，就能使单片机复位。 图 中非门的最小输入高电平 Ui=2V，当充电时间 t= R C 时 ,则充电电压 Uc== 5V≈2V，其中 t为复位时间。 t== 103 22 106=13ms，则电路设计满足复位要求。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ us e r \桌面 \记录器 \原理图 \波形记录器设计原理图 .ddbD r a w n B y :DI N 41 48R1KSWC22uF+51 2A74 L S 04GNDR S T 图 单片机复位电路 复位电路的抗干扰设计：单片机复位端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声。 这些噪声虽然不会完全导致系统复位，但有时会破坏 CPU 内的程序状态字的某些位的状态，对控制产生不良的影响。 复位按钮一般安装在操作面板上，有较长的传输线，容易引起电磁感应干扰。 主要抗干扰措施有：按钮传输线采用具有抗电磁感应干扰性能的双绞线，并远离交流用电设备。 在电路设计上，单片机复位端口处并联 ~ 的高频电容，或配置施密特电路，提高 对串入的噪声的抑制能力，如图 （ 74LS04）。 电路中放电二极管 D 不可缺少，当电源断电后，电容通过二极管 D迅速放电，待电源恢复时可实现可靠的上电复位。 若没有二极管 D，当电源因为某中干扰瞬间断电1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itl eN u m be r R ev i sio nS iz eBD at e: 1 2 M ay 20 0 6 S he e t o f F ile : E :\谈量 \原理图 \波形记录器 .d db D ra w n B y:C R Y ST A LC22 0P FC11 0P FX1X2东华理工大学毕业设计 （ 论文 ） 第三章 系统的硬件设计 11 时，由于电容 C不能迅速将电荷放掉，待电源恢复时，单片机不可能实现上电自动复位，导致程序失控。 数据存储器的选择与掉电保护电路的设计 1 数据存储器的选择 数据存储器用来存储程序运行期间的工作变量和数据，又被称为随机存储器RAM。 在本设计中，存储器容量可表明示波器水平方划分细微的 程度，它是水平分辨率的倒数。 示波器显示屏水平刻度一般为 l0div，水平分辨率一般为 20 点/div。 显示满屏幕需要 10 20=200 个点，考虑到八通道采样，故需存储 2008=1600 个点；但 为了能完整地观察。