單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-波形采集、存儲(chǔ)與回放系統(tǒng).doc

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：波形采集、存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)者1：負(fù)責(zé)任務(wù)：程序編寫(xiě)、報(bào)告專業(yè)班級(jí)/學(xué)號(hào)：09應(yīng)用電子技術(shù)0906020設(shè)計(jì)者2：負(fù)責(zé)任務(wù)：整合、調(diào)試、報(bào)告專業(yè)班級(jí)/學(xué)號(hào)：09應(yīng)用電子技術(shù)0906020指導(dǎo)教師1：陳老師答辯時(shí)間：2011-11-202目錄一、選題的背景31、選題的來(lái)源、意義和目的32、課題承擔(dān)人員及分工說(shuō)明3二、課題總體設(shè)計(jì)說(shuō)明31、總體開(kāi)發(fā)計(jì)劃32、課題所達(dá)到的功能目標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)43、課題總體設(shè)計(jì)方案，比較幾個(gè)備選方案，確定最終方案4三、硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明51、硬件總體設(shè)計(jì)方案6主控芯片7采集、回放電路7控制按鍵7顯示模塊7四、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明81、軟件總體設(shè)計(jì)方案8軟件設(shè)計(jì)目標(biāo)8軟件功能模塊劃分8五、硬件調(diào)試說(shuō)明111、硬件性能測(cè)試112、軟件性能測(cè)試11六、課題開(kāi)發(fā)總結(jié)11七、用戶操作說(shuō)明12八、參考資料121、元件清單122、原理圖13、硬件電路板外觀圖片12九、附件131、元件清單142、原理圖143、PCB版圖154、仿真圖155、硬件電路板外觀圖片153十、課題開(kāi)發(fā)總結(jié)1、任務(wù)完成情況總結(jié)162、設(shè)計(jì)體會(huì)163、設(shè)計(jì)工具16【摘要】本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)STC85C52的波形采集存儲(chǔ)與回放控制系統(tǒng)，其中單片機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，結(jié)合AT24C04存儲(chǔ)及PDF8591芯片A/D數(shù)據(jù)采集模塊，可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)一路外部信號(hào)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)。系統(tǒng)硬件可以分為模擬部分和數(shù)字部分。模擬電路主要包括按鍵電路、單片機(jī)的外圍基本模塊及A/D模塊、D/A模塊。數(shù)字部分主要由單片機(jī)STC85C52實(shí)現(xiàn)與AT24C04，用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸和信號(hào)處理等。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)STC85C52；AT24C04；PDF8591；波形采集存儲(chǔ)與回放；一、選題的背景1、選題的來(lái)源、意義和目的來(lái)源：2011全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽試題；意義：使我們更加理解全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽；目的：通過(guò)波形采集、存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)液晶LCD1602、AD/DA模塊和EEPROM存儲(chǔ)模塊的使用2、課題承擔(dān)人員及分工說(shuō)明劉:模塊整合、編寫(xiě)程序、報(bào)告、程序調(diào)試、畫(huà)PCB板鄧:軟硬件調(diào)試、報(bào)告、做板、繪制PROTEL與PROTUES原理圖、寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。二、課題總體設(shè)計(jì)說(shuō)明1、總體開(kāi)發(fā)計(jì)劃設(shè)計(jì)并制作一個(gè)波形采集、存儲(chǔ)與回放系統(tǒng)，示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)能同時(shí)采集兩路周期信號(hào)波形，要求系統(tǒng)斷電恢復(fù)后，能連續(xù)回放已采集的信號(hào)，顯示在示波器上。如圖2-1所示。4圖2-1采集回放系統(tǒng)示意圖2、課題所達(dá)到的功能目標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)（1）能完成對(duì)A通道單極性信號(hào)（高電平約4V、低電平接近0V）、頻率約1kHz信號(hào)的采集、存儲(chǔ)與連續(xù)回放。要求系統(tǒng)輸入阻抗不小于10k，輸出阻抗不大于1k；（2）采集、回放時(shí)能測(cè)量并顯示信號(hào)的高電平、低電平和信號(hào)的周期。原信號(hào)與回放信號(hào)電平之差的絕對(duì)值50mV，周期之差的絕對(duì)值5%。3、課題總體設(shè)計(jì)方案，比較幾個(gè)備選方案，確定最終方案（1）采樣方式方案一：實(shí)時(shí)采樣。實(shí)時(shí)采樣是在信號(hào)存在期間對(duì)其采樣。根據(jù)采樣定理，采用速率必須高于信號(hào)最高頻率分量的兩倍。對(duì)于周期的正弦信號(hào)，一個(gè)周期內(nèi)應(yīng)該大于兩個(gè)采樣點(diǎn)。為了不失真的恢復(fù)原被測(cè)信號(hào)，通常一個(gè)周期內(nèi)就需要采樣八個(gè)點(diǎn)以上。方案二：等效時(shí)間采樣法。采用中高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)于頻率較高的周期性信號(hào)采用等效時(shí)間采樣的方法，即對(duì)每個(gè)周期僅采樣一個(gè)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)若干個(gè)周期后就可對(duì)信號(hào)各個(gè)部分采樣一遍。而這些點(diǎn)可以借助步進(jìn)延遲方法均勻地分布于信號(hào)波形的不同位置。其中步進(jìn)延遲是每一次采樣比上一次樣點(diǎn)的位置延遲t時(shí)間。只要精確控制從觸發(fā)獲得采樣的時(shí)間延遲，就能夠準(zhǔn)確地恢復(fù)出原始信號(hào)。等效時(shí)間采樣雖然可以對(duì)很高頻率的信號(hào)進(jìn)行采樣，可是步進(jìn)延遲的采樣技術(shù)與電路較為復(fù)雜。再者，它只限于處理周期信號(hào)，而且對(duì)單次觸發(fā)采樣無(wú)能為力。實(shí)時(shí)采樣可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻段的全速采樣，因此本設(shè)計(jì)采用方案一。（2）A/D、D/A轉(zhuǎn)換方式方案一：采用ADC0809的8位單斷模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以進(jìn)行多數(shù)據(jù)采集。而地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出。方案二：PCF8591是具有IIC接口，有AIN0AIN3四個(gè)模擬輸入通道和一個(gè)模擬輸出通道，最多可以有8片8591連接到IIC總線。通過(guò)時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA與單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，故我們選擇此方案。（3）觸發(fā)方式選擇要使屏幕上顯示穩(wěn)定的波形，則需將被測(cè)信號(hào)本身或者與被測(cè)信號(hào)有一定時(shí)間關(guān)系的觸發(fā)信號(hào)加到觸發(fā)電路。觸發(fā)源選擇確定觸發(fā)信號(hào)由何處供給。通常有三種觸發(fā)源：內(nèi)觸發(fā)(INT)、電源觸發(fā)(LINE)、外觸發(fā)EXT)。題目要求選擇內(nèi)觸發(fā)，即使用被測(cè)信號(hào)作為觸發(fā)信5號(hào)。方案一：采用數(shù)字觸發(fā)方式。對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行采集，將采集到的波形數(shù)據(jù)和觸發(fā)電平（可由鍵盤(pán)設(shè)置）進(jìn)行比較，找到波形在上升過(guò)程中大于或等于該觸發(fā)電平的點(diǎn)，即得到觸發(fā)，此時(shí)開(kāi)始對(duì)波形進(jìn)行存儲(chǔ)。因?yàn)楸緛?lái)就需要對(duì)波形信號(hào)進(jìn)行采集，使用這種方法無(wú)需要增加額外的硬件電路，實(shí)現(xiàn)方便。但是，對(duì)波形每個(gè)周期只采集有限個(gè)點(diǎn)，不可能每次都能采集到等于觸發(fā)電平的點(diǎn)（這時(shí)不得不以大于該電平的值為觸發(fā)電平），從而使觸發(fā)位置不穩(wěn)定，連續(xù)觸發(fā)時(shí)輸出波形會(huì)有抖動(dòng)現(xiàn)象。方案二：采用模擬觸發(fā)方式。通過(guò)比較器LM358將被測(cè)波形信號(hào)和觸發(fā)電平進(jìn)行比較，大于觸發(fā)電平時(shí)輸出為高電平，小于觸發(fā)電平時(shí)則輸出低電平，即可得到信號(hào)被整形后的脈沖序列，再在該脈沖序列的上升沿開(kāi)始存儲(chǔ)波形即實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)存儲(chǔ)的功能。這種觸發(fā)方式穩(wěn)定，故我們采用了這種方案。三、硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明1、本系統(tǒng)使用的芯片有：STC89C52、AT24C04、PCF8591。（1）核心控制芯片STC89C52STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門(mén)狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外STC89X52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。接口下圖所示主要芯片I/O口分配：6液晶RS、P1.0，RW、P1.1，EN、P1.2AT24C04SCL、P2.2，SDA、P2.3PCF8591SCL、P2.2，SDA、P2.3（2）程序存儲(chǔ)芯片AT24C04AT24C04是一個(gè)4K位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié)，CATALYST公司的先進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗。AT24C02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器。該器件通過(guò)IIC總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。管腳與管腳功能如下圖：（3）AD/DA轉(zhuǎn)換芯片PCF8591PCF8591是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、8-bitCMOS數(shù)據(jù)獲取器件。PCF8591具有4個(gè)模擬輸入、1個(gè)模擬輸出和1個(gè)串行I2C總線接口。PCF8591的3個(gè)地址引腳A0,A1和A2可用于硬件地址編程，允許在同個(gè)I2C總線上接入8個(gè)PCF8591器件，而無(wú)需額外的硬件。在PCF8591器件上輸入輸出的地址、控制和數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過(guò)雙線雙向I2C總線以串行的方式進(jìn)行傳輸。管腳與管腳功能如下圖：AIN0AIN3：模擬信號(hào)輸入端。A0A2：引腳地址端。VDD、VSS：電源端。（2.56V）SDA、SCL：I2C總線的數(shù)據(jù)線時(shí)鐘線。OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端。EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)EXT接地。AGND：模擬信號(hào)地。AOUT：D/A轉(zhuǎn)換輸出端。VREF：基準(zhǔn)電源端2、硬件總體設(shè)計(jì)方案7(1)硬件設(shè)計(jì)目標(biāo)：最終實(shí)現(xiàn)波形的采集、存儲(chǔ)、回放。(2)硬件模塊劃分：AT89S51主控制模塊、PCF8591模塊、24C02模塊。主控芯片AT89S51帶8KB閃存，工作電壓5V。采集、回放電路圖3-1PCF8591是具有I2C總線接口的A/D轉(zhuǎn)換芯片。在與CPU的信息傳輸過(guò)程中僅靠時(shí)鐘線SCL和數(shù)據(jù)線SDA就可以實(shí)現(xiàn)，8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器，有4路A/D轉(zhuǎn)換輸入，1路D/A模擬輸出。AIN0AIN3：模擬信號(hào)輸入端。A0A3：引腳地址端。VDD、VSS：電源端（2.56V）SDA、SCL：I2C總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線；OSC：外部時(shí)鐘輸入端，內(nèi)部時(shí)鐘輸出端；EXT：內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)EXT接地AGND：模擬信號(hào)地；AOUT：D/A轉(zhuǎn)換輸出端；VREF：基準(zhǔn)電源端。AOUT為D/A轉(zhuǎn)換