【正文】 2020 年 6 月 GRADUATION DESIGN (DISSERTATIONS) English Title: Chip waveform recorder Name: FuKailiang Student number: 08061239 Teacher: LiHongjun Professional: Electronic June In 2020東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 摘 要 Ⅰ 摘 要 波形記錄在教學(xué)科研和地質(zhì)勘測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)有八個(gè)輸入通道，采用分區(qū)儲(chǔ)存波形。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；波形記錄；實(shí)用性 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） ABSTRACT Ⅱ ABSTRACT The waveform recording has been widely used in the teaching scientific research, the geological research and so on. Waveform recording is also convenient for our later on graphical analysis and calculation, spectrum analysis, correlation analysis and other operation curve. Universal electronic oscilloscope low prices, we are equipped with conventional instruments, but does not have the signal recording function, therefore, to design a signal waveform recorder, which can bine with general electronic oscilloscope, to observe the non repetitive signal waveform, is of great practical significance. This paper is based on the single chip microputer and the design of the waveform recorder, waveform storage system equipped with a A/D converter, data memory, using bipolar output prosperity D/A converter device. The system has eight input channels, using partition stored waveform. At the same time to the external data memory configured to drop the electricity protection circuit, can be longterm preservation of data. The design of using topdown method, the system has four modules: input circuit, keyboard and display circuit, control circuit and the storage circuit and an output circuit. The design enables the waveform record and electronic together well, has the very strong practical. Keywords: Single chip microputer。本章主要介紹了 波形記錄的 背景與研究現(xiàn)狀、 課題意義 。對(duì)記錄儀的性能要求不斷提高，促使技術(shù)不斷的進(jìn)步，而微控技術(shù)的出現(xiàn)為數(shù)字式波形記錄儀的發(fā)展帶來(lái)了新的生機(jī)。目前許多虛擬儀器已 經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大部分的波形記錄器功能，同時(shí)虛擬波形記錄器的存儲(chǔ)空間更 大。通過信號(hào)采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等過程將波形存儲(chǔ)，通過接入示波器使波形得以復(fù)現(xiàn)。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本 系統(tǒng) 利用微機(jī)控制技術(shù)和數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，用于記錄如溫度、濕度等緩慢變化信號(hào)的波形。 系統(tǒng)功能分析 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)的主要工作為被測(cè)信號(hào)的采樣、存儲(chǔ)和 重現(xiàn)信號(hào)波形 。同時(shí)信號(hào)的采樣次數(shù)和存儲(chǔ)地址的分配也要求合理設(shè)計(jì)。 為 了 使呈現(xiàn)在示波器屏幕上的波形清晰無(wú)閃爍， D/A轉(zhuǎn)換必須足夠快。根據(jù) 系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計(jì)時(shí)將硬件分為四部分：輸入電路、鍵盤顯示電 路、控制存儲(chǔ) 電路和輸出電路。當(dāng)然在設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)模塊也不是完全獨(dú)立，在每一步的設(shè)計(jì)中均需要綜合考慮系統(tǒng)的性能，同時(shí)在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件時(shí)便著手軟件的設(shè)計(jì)，注意了軟硬件的配合。針對(duì)本課題的要求，選用 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，并內(nèi)帶 8 路模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及相應(yīng)的通道地址鎖存及譯碼電路，并帶有數(shù)據(jù)鎖存器的ADC0809。若VoVi，比較器輸出負(fù)電平，控制電路據(jù)此就會(huì)清除逐次逼近寄存器 中的最高位；若 VoVi，則比較器輸出高電平，控制電路使最高位的 1 保留下來(lái)。轉(zhuǎn)換結(jié)束，控制電路立即輸出一個(gè)低電平作為結(jié)束信號(hào)。 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 : \談量 \原理圖 \波形記錄器 .d db D r a w n B y:872 AL F 3 5 6I N P U TO U T P U T 圖 緩沖器 同步觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 為了保證采樣所得數(shù)據(jù)的真實(shí)有效，必須要求采樣的時(shí)間與輸入信號(hào)存在的期間同步，該同步信號(hào)由 同步觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)。同時(shí)在這級(jí)后面還采用穩(wěn)壓管 D2設(shè)計(jì)了電平變換級(jí)，以適用單片機(jī)的接口，同時(shí)此級(jí)還可保護(hù)比較器 U2。 顯示電路設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示，利用單片機(jī)的串行口發(fā)送，采用 74HC164 鎖存顯示代碼。 按鍵的消抖問題 組成鍵盤的按鍵有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成的。這樣就避開了按鍵按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)間，而在檢測(cè)到按鍵釋放后，再延時(shí) 5～ 10毫秒，消除后沿的抖動(dòng)，然后對(duì)鍵值進(jìn)行處理。 控制器的選擇 在設(shè)計(jì)時(shí)選用了 ATMEL 公司的 8 位 Flash單片機(jī) AT89C51，其引腳圖 右圖 所示。電路如圖 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東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 10 所示。RST 引腳是復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。 t== 103 22 106=13ms，則電路設(shè)計(jì)滿足復(fù)位要求。主要抗干擾措施有：按鈕傳輸線采用具有抗電磁感應(yīng)干擾性能的雙絞線，并遠(yuǎn)離交流用電設(shè)備。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇與掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，又被稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。系統(tǒng)輸入八個(gè)通道，則需要 4 8KB。然而在單片機(jī)在上電及斷電過程中，總線狀態(tài)的不確定性，往往使 RAM中某些數(shù)據(jù)變化，即數(shù)據(jù)受到了沖失。 62256 包含地址線 15 條，數(shù)據(jù)線 8 條， 2個(gè)片選端（ CS1=0， CS2=1才能選通芯片）一個(gè)寫允許 WE 端和一個(gè)輸出允許 OE端。在對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行讀 /寫操作時(shí)，地址要求保持不變，這 就需要適當(dāng)?shù)募拇嫫鞔娣诺刂罚@個(gè)外接的寄存器就稱為地址鎖存器。當(dāng) LE 保持低電平時(shí)，即輸入端數(shù)據(jù)變化也不會(huì)影響輸出端狀態(tài)，從 而實(shí)現(xiàn)了鎖存功能。 CS2可直接接高電平（ 5V）。 62256 寫入數(shù)據(jù)的過程是：選擇頁(yè)碼后，在 62256 芯片的 A0A12上加入要寫入的單元的地址；在 D0D7上加上要寫入的數(shù)據(jù)；使 CS1和 CS2同時(shí)有效；在 WE 上加上有效的低電平，此時(shí)OE 可為高也可為低。上拉電阻一般取 2～ 10KΩ，本系統(tǒng)采用 8個(gè) 10KΩ的電阻。因?yàn)椴ㄐ蔚娘@示與波形的采集與存儲(chǔ)在管理上是分開的，即不管數(shù)據(jù)以何種速度寫入到存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)均以固定的速度不斷讀出，因而可獲得清晰穩(wěn)定的波形。 DAC0832 的內(nèi)部包括兩個(gè) 8 位寄存器、 1 個(gè) 8 位轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)輔助電路： 8位輸入寄存器為第一級(jí)鎖存器，它的鎖存信號(hào)為 ILE。 WR2和 XFEB 同時(shí)為低電平時(shí) ， LE2為高電平，這時(shí)， 8位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) WR2由低變高時(shí)， LE2變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的信息鎖存到 DAC 寄存器。按照本設(shè)計(jì)要求，輸出方式采用雙極性輸出，其隨著輸入的數(shù)碼不同，輸出電壓可正可負(fù)。為了降低信號(hào)輸出噪聲和平滑波形，在雙極性輸出后還增加了由兩個(gè)電容構(gòu)成的低通濾波器。整流可通過四個(gè)二極管進(jìn)行全波整流，也可以利用集成整流堆來(lái)進(jìn)行（同原理）。然而，隨之產(chǎn)生一個(gè)弊端，即當(dāng)三端穩(wěn)壓器（ 780 781 7912）的輸入出現(xiàn)短路時(shí)，輸出端大電容上存儲(chǔ)的電荷，將通過集成穩(wěn)壓器內(nèi)部放電，可能會(huì)造成內(nèi)部電路的損壞，故在其間跨接一個(gè) 二極管，為放電提供放電通路，對(duì)集成穩(wěn)壓器起到了分流保護(hù)作用。本系統(tǒng)中主要芯片有 ADC080 DAC083靜態(tài) RAM6225以及地址鎖存器 74LS37 74LS175 等芯片，根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)，其地址分配表如表 所示。在系統(tǒng)中其主要的任務(wù)是在鍵盤中斷子程序執(zhí)行完后，調(diào)用 D/A轉(zhuǎn)換子程序或 A/D 轉(zhuǎn)換子程序，設(shè)串行口方式和中斷的觸發(fā)方式，初始化各數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而系統(tǒng)其它的功能都由各子程序完成。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 18 結(jié) 束開 　 　 始串 行 口 初 始 化調(diào) 用 顯 示 子 程 序顯 示 零外 部 中 斷Ｉ Ｎ Ｔ ０ 、 Ｉ Ｎ Ｔ １的 觸 發(fā) 方 式 機(jī) 選 擇數(shù) 據(jù) 緩 沖 區(qū) 的 初 始 化是 否 為 九 鍵調(diào) 用 Ｄ ／ Ａ 轉(zhuǎn)換 子 程 序調(diào) 用 Ａ ／ Ｄ 轉(zhuǎn)換 子 程 序Ｎ　 　 Ｙ按 鍵 是否 按 下Y Ｎ 圖 主程序流程圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 19 開 始關(guān) 中 斷 Ｉ Ｎ Ｔ ０鍵 盤 掃 描 第 一 行是 第 一 列　 按 鍵 ？是 第 二 列　 按 鍵 ？保 存 按 鍵列 序 號(hào) 零保 存 按 鍵列 序 號(hào) 一保 存 按 鍵列 序 號(hào) 二保 存 行序 號(hào)保 存 鍵 值 ： 行 序 號(hào) 加 列 序 號(hào)是 否 全部 掃 完是 第 三 列　 按 鍵 ？顯 示 鍵 值返 回ＮＹＮＹＮ　 　 Ｙ　 Ｙ掃 描下 一 行清 除 中 斷標(biāo) 志開 中 斷Ｎ 圖 鍵盤掃描中斷子程序其流程圖東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 20 A/D 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換子程序是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要的組成，其