【正文】 基于單片機(jī)的溫度傳感系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文目 錄1．示波器的整體介紹………………………………………………………1 模擬示波管示波器的介紹…………………………………………4 數(shù)字示波器的介紹………………………………………………………7 數(shù)字示波器與模擬示波器的優(yōu)缺點(diǎn)……………………………72． 硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………252．1 單片機(jī)選型…………………………………………………………………272．2 程控放大電路………………………………………………………………272．3 AD轉(zhuǎn)換電路………………………………………………………………272．4 兩單片機(jī)之間的通訊電路……………………………………………272．5 單片機(jī)外部輸入電路……………………………………………………272．6 液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)電路……………………………………………………272．7 其它部分電路………………………………………………………………272．8 原理圖與PCB圖……………………………………………………………273．MCU軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………252．1 程序流程圖…………………………………………………………………272．2 單片機(jī)程序源代碼………………………………………………………271 示波器的整體介紹1．1 示波器的工作原理 模擬示波管示波器的介紹模擬示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。利用示波器能觀察各種不同信號(hào)幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以用它測(cè)試各種不同的電量，如電壓、電流、頻率、相位差、調(diào)幅度等等。　　 從下面的示波管結(jié)構(gòu)圖可以看出，只要控制X軸偏轉(zhuǎn)板和Y軸偏轉(zhuǎn)板上的電壓，就能控制示波管顯示的圖形形狀。我們知道，一個(gè)電子信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)f(t)，它隨時(shí)間的變化而變化。因此，只要在示波管的X軸偏轉(zhuǎn)板上加一個(gè)與時(shí)間變量成正比的電壓，在y軸加上被測(cè)信號(hào)(經(jīng)過(guò)比例放大或者縮小)，示波管屏幕上就會(huì)顯示出被測(cè)信號(hào)隨時(shí)間變化的圖形?！? 數(shù)字示波器的介紹 數(shù)字示波器是一款用于顯示被測(cè)量的瞬時(shí)值軌跡變化情況的儀器，它是帶數(shù)據(jù)記錄功能的示波器。它一般支持多級(jí)菜單，能提供給用戶多種選擇，多種分析功能。還有一些示波器可以提供存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的保存和處理。數(shù)字示波器首先對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行高速采樣獲得相應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并存儲(chǔ)。用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)采樣得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理與運(yùn)算，從而獲得所需的各種信號(hào)參數(shù)(包括可能需要使用萬(wàn)用表測(cè)試的一些元器件電氣參數(shù))。根據(jù)得到的信號(hào)參數(shù)繪制信號(hào)波形， 并可對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的、瞬態(tài)的分析，以方便用戶了解信號(hào)質(zhì)量，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障的診斷。測(cè)量開始時(shí)，操作者可通過(guò)中文界面選定測(cè)量類型(波形測(cè)量、元件測(cè)量)、測(cè)量參數(shù)(頻率/周期、有效值、電阻阻值、二極管通斷等)及測(cè)量范圍(可選自動(dòng)設(shè)置，由儀器自動(dòng)設(shè)置最佳范圍) ；微處理器自動(dòng)將測(cè)量設(shè)置解釋到采樣電路，并啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集；采集完成后，由微處理器對(duì)采樣數(shù)據(jù)按測(cè)量設(shè)置進(jìn)行處理，提取所需要的測(cè)量參數(shù)，并將結(jié)果送顯示部件。如果需要，用戶可選擇自動(dòng)測(cè)試方式：微處理器在分析首次采樣得到的數(shù)據(jù)后會(huì)根據(jù)具體情況調(diào)整、修改測(cè)量設(shè)置，并重新采樣。在經(jīng)過(guò)幾次這樣的“采樣分析調(diào)整重采樣”循環(huán)后，示波表即可完成即觸即測(cè)功能，而無(wú)須人工調(diào)換量程，便于手持操作。 數(shù)字示波器采樣一般都是采用8位的高速的AD轉(zhuǎn)換器，相對(duì)于其他設(shè)備，其AD采集的精度的確非常低，不過(guò)對(duì)于一般用戶來(lái)說(shuō)，用來(lái)分辨電壓變化波形還是足夠的。不過(guò)數(shù)字示波器的AD芯片對(duì)AD轉(zhuǎn)換速度要求非常高，這樣才能顯示出高頻的信號(hào)的波形。 數(shù)字示波器與模擬示波器的優(yōu)缺點(diǎn) 近些年，隨著數(shù)字電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字示波器的性能也得到非常大的提高。在很多性能方面，數(shù)字示波器的優(yōu)勢(shì)是不言而喻的。數(shù)字示波器的優(yōu)點(diǎn)： 體積小，便于攜帶，方便現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。 數(shù)字示波器一般采用液晶屏作為顯示器，功耗低，價(jià)格便宜。 具有自動(dòng)測(cè)量功能，便于快速調(diào)節(jié)。 具有信號(hào)存儲(chǔ)功能。 可以顯示頻率很低信號(hào)的波形，而模擬示波器只能看到一個(gè)點(diǎn)在移動(dòng)，看不出完整波形情況。數(shù)字示波器雖然好用，但也有些其不盡人意的地方。由于數(shù)字示波器所顯示的波形并非原始信號(hào)的波形，而是通過(guò)AD轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)送給MCU，通過(guò)MCU強(qiáng)大的計(jì)算能力，在液晶屏上重新模擬出波形。所以從其基本原理上就可以看出，數(shù)字示波器的實(shí)時(shí)性是比較差的。相對(duì)于后起之秀數(shù)字示波器，傳統(tǒng)模擬示波器的某些特點(diǎn)，是數(shù)字示波器所不具備的。模擬示波器優(yōu)點(diǎn)： 垂直分辨率高，連續(xù)而且無(wú)限級(jí)，數(shù)字示波器分辨率一般只有8為至10為。 數(shù)據(jù)更新，每秒捕捉幾十萬(wàn)波形，數(shù)字示波器每秒捕捉幾十個(gè)波形。 實(shí)時(shí)寬帶和事實(shí)顯示，連續(xù)波形與單次波形的帶寬相同，數(shù)字示波器的帶寬與取樣率密切相關(guān)，取樣率不高時(shí)需借助內(nèi)插計(jì)算，容易出現(xiàn)混淆波形。 當(dāng)然模擬示波器的缺點(diǎn)也是顯而易見的，一般模擬示波器價(jià)格較貴，體積較大，且機(jī)內(nèi)有用于電子加速的高壓電，安全性差。2． 硬件電路設(shè)計(jì) 對(duì)于示波器而言，硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要，它直接決定了示波器測(cè)量的精度，和最大采樣速度。要想更好的還原出真實(shí)波形，示波器的數(shù)據(jù)處理量是比較大的，而且對(duì)處理速度也有很高的要求，所以該示波器采用“雙核”結(jié)構(gòu)，兩片新型高速單片機(jī)協(xié)同工作，MCU1用于AD轉(zhuǎn)換，頻率測(cè)量，MCU2用于數(shù)據(jù)處理，彩色液晶屏控制。按鍵、編碼器等輸入部分由兩片單片機(jī)共同完成的，兩片單片機(jī)通過(guò)對(duì)一片雙端口RAM的讀寫，進(jìn)行高速通訊。 目標(biāo)信號(hào)從探頭輸入，進(jìn)入程控放大（衰減）電路進(jìn)行放大（衰減），放大（衰減）后的信號(hào)一路被送入高速AD轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入雙端口RAM，并通知MCU2取數(shù)據(jù)；另一路直接送入MCU1的計(jì)數(shù)器引腳，進(jìn)行頻率測(cè)量，測(cè)量結(jié)果寫入雙端口RAM的特殊地址區(qū)。MCU2接到數(shù)據(jù)已更新的通知后，立馬從雙端口RAM中讀出數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，在液晶屏上顯示波形、頻率和電壓等信息。同時(shí)MCU1通過(guò)對(duì)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的信號(hào)采集，從而確定掃描周期和垂直靈敏度。系統(tǒng)框圖如下：程控電路AD轉(zhuǎn)換頻率測(cè)量MCU1探頭雙端口RAMMCU2彩色液晶屏2．1 單片機(jī)選型 STC12C5A60S2單片機(jī)簡(jiǎn)介STC12C5A60S2單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超?抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快812 倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬(wàn)次/秒),針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。1. 增?型 8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512. 工作電壓： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （5V單片機(jī)） STC12LE5A60S2 系列工作電壓： （3V單片機(jī)）3. 工作頻率范圍：0～35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～420MHz4. 用戶應(yīng)用程序空間 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K 字節(jié)5. 片上集成1280字節(jié) RAM6. 通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)120mA7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/ IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口（）直接下載用戶程序，數(shù)?即可完成一片8. 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無(wú)內(nèi)部EEPROM)9. 看門狗（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）11. 外部掉電檢測(cè)電路: ，誤差為177。5%, ，誤差為177。3%12. 時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為177。5% 到177。10%以內(nèi)) 用戶在下載用戶程序時(shí)可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/時(shí) 鐘 常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為： 單片機(jī)為： 11MHz ～ 17MHz 單片機(jī)為： 8MHz ～ 12MHz 精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)13. 共4個(gè)16位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器14. 3個(gè)時(shí)鐘輸出口，