【正文】 rAD574A is adopted to collect the signal waves. Conversion time is 25US. Conversion precision is equal to or less than %. STC89C58RD+ is chosen for controller, in which 1024 bytes digital RAM section is extended in order to solve the problem in most SCM that RAM memory is not sufficient because of collecting large storage data. It also shortens the electrocircuit. LCD Model is adopted in displaying waves. Therefore, it is easy to realize and the effec t of the display is better. Realtime sampling is adopted in the thesis. The design realizes a simple digital oscillograph with simulating bandwidth of 1KHz～ 20KHz. Keywords:Microcontroller； Real time Sampling； Digital Oscillograph 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 1 1 前言 傳統(tǒng)的模擬示波器把需觀測的兩個電信號加至示波管的 X、 Y 通道以控制電子束的偏移，從而獲得熒光屏上關(guān)于這兩個電信號關(guān)系的顯示波形。 硬件設(shè)計上，信號波形采集采用的是 12 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574A，轉(zhuǎn)換時間為時間為 25US，轉(zhuǎn)換精度 小于等于 %?？刂破鬟x用 STC89C58RD+，其內(nèi)部擴展了 1024 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM 區(qū)，解決了一般單片機需要大量存儲數(shù)據(jù)時內(nèi)存 RAM 不夠的問題，簡化了電路。顯然，這種模擬示波器體積大、重量重、成本高、價格貴，并且不太適合用于對非周期的、單次信號的測量。 單片機是為滿足工業(yè)控制而設(shè)計的，所以實時控制功能特別強，其 CPU 可以對 I/O接口直接進行操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。目前，單片機應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計最為常用的技術(shù)手段，學(xué)習(xí)和掌握單片機應(yīng)用技術(shù)具有極其重要的現(xiàn)實意義。本文利用相對簡單的電路設(shè)計和常見的電子集成芯片和元器件，采用實時采樣的采樣方法實現(xiàn)了對 1KHZ～ 20KHZ 的電壓信號的波形復(fù)現(xiàn)，并測得其電壓值和頻率。 控制器模塊采用微控制器 STC89C58RD+，記為 MCU1； 形采集模塊采用 12 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574A；波形顯示模塊采用圖形點陣液晶顯示模塊 19264。用戶程序是用 ISP/IAP機制寫入，一邊校驗一邊寫，無讀出命令，徹底無法解密。 3V： ～ （可外部 24MHZ，雙倍速 48MHZ）， ～ IAP擦除 /編程。 空閑模式： 典型功耗 2mA 正常工作模式： 典型功耗 4mA～ 7mA 超強抗干擾 I/O口 輸入 /輸出口經(jīng)過特殊處理，很多干擾是 從 I/O進去的，每個 I/O均有對 VCC/對 GND二極管箝位保護。 復(fù)位電路 單片機內(nèi)部的復(fù)位電路經(jīng)過特殊處理，很多干擾是從復(fù)位電路部分進去的，STC89C51RC/RD+ 系 列 單 片 機 為 高 電 平 復(fù) 位 。 單片機內(nèi)部時鐘振蕩器增益降低一半：在 ISP 燒錄程序時將 OSCDN 設(shè)為 1/2 gain， 可以有效的降低單片機時鐘高頻部分對外界的輻射 ,5V單片機外部晶振頻率24MHz時， 3V單片機外部晶振頻率 16MHz 時，將 OSCDN 設(shè)為 1/2 gain。 STC89C58RD+ 系列單片機擴展了 1024 個字節(jié) RAM， STC89C52RC 系列單片機擴展了 256 個字節(jié) RAM。 1: External data memory access. 外部數(shù)據(jù)存儲器存取 ,禁止訪問內(nèi)部擴展 RAM，此時 MOVX DPTR /MOVX Ri 的使用同普通 8052 單片機 ALEOFF Disable/enable ALE. 0: ALE is emitted at a constant rate of 1/3 the oscillator frequency in 6 clock mode, 1/6 fosc in 12 clock mode， ALE 腳輸出固定的 1/6 晶振頻率信號在 12 時鐘模式時 ,在 6 時鐘模式時輸出固定的 1/3 晶振頻率信號。 MOV A， DPTR / MOVX DPTR， A 指令可訪問內(nèi)部擴展的 EXTRAM RD+系列為（ 00H～ 3FFH，共 1024字節(jié)） RC 系列為（ 00H～ FFH， 共 256字節(jié)） MOVX A， Ri/MOVX A， Ri 指令可直接訪問內(nèi)部擴展的 EXTRAM 使用此指令 RD+系列 只能訪問內(nèi)部擴展的 EXTRAM（ 00H～ FFH，共 256字節(jié)）。 EXTRAM 控制位設(shè)置為 ”1”, 禁止訪問 EXTRAM,以防沖突。 AUXR是只寫寄存器 所謂只寫，就是直接用 “MOV AUXR， DATA”去寫，而不要用含讀的操作如“或，與，入?！?，因為他不讓你讀，如去讀，讀出的數(shù)值不確定，用含讀的操作如“或，與，入?！保瑫_不到需要的效果。 [1] 該部分的主要器件是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)： 分辨率 ADC的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的 變化量。 量化誤差 ADC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個過程稱為量化。 量化誤差和分辨率有相應(yīng)的關(guān)系，分辨率高的 A/D轉(zhuǎn)換器具有較小的量化誤差。 ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。 轉(zhuǎn)換速率 ADC的轉(zhuǎn)換速率是能夠重復(fù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。 AD574 片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種典型的 8 位或 16 位微處理器接口，且能與 CMOS 及 TTL 電平兼容。 目前帶有取樣保持器的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD1674A 正以其優(yōu)良的性能取代 AD574A 和 AD674A。雙極性輸入時，信號范圍 為 0~? 5V和 0~? 10V，從不同引腳輸入； 6） 輸出碼制：單極性輸入時，輸出數(shù)字量為原碼；雙極性輸入時，輸出為偏 移二進制碼； 7） 具有 的高精度內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源，只需外接一只適當(dāng)阻值的電阻，便可向 DAC 部分的解碼網(wǎng)絡(luò)提供參考輸入。 DB11 為最高位， DB0 為最低位，它門可由控制邏輯決定是輸出數(shù)據(jù)還是對外呈高阻狀態(tài)。 A0： 字節(jié)選擇控制。若 A0=0， 高 8 位數(shù)據(jù)有效；若 A0=1， 低 4 位數(shù)據(jù)有效，中間 4 位為 “0”， 高 4 位為高阻狀態(tài)。 CR/ ： 讀 /轉(zhuǎn)換選擇。 STS： 狀態(tài)信號。只有由此腳把從 “REFOUT”腳輸出的基準(zhǔn)電壓引入到AD574A 內(nèi)部的 12 位 DAC（ AD565）， 才能進行正常的 A/D 轉(zhuǎn)換。對單極性信號為 10V 量程的模擬輸入端，對雙極性信號為 ? 5V 模擬信號輸入腳。各數(shù)字電路（譯碼器、門電路、觸發(fā)器等）及 “+5V”電源的地。 VCC： 正電源端，為 +12～ +15V。模擬輸入信號的一端必須與 AG 相連，并且接點應(yīng)盡量靠近 AGND 引腳，接線應(yīng)盡可能短。通常數(shù)字地 DGND 與模擬地 AGND 連在一起。若輸入信號 VIN在 0~10V 之間，應(yīng)從 10VIN引腳輸入；若 VIN 在 0~20V 之間，應(yīng)從 20VIN引腳輸入。轉(zhuǎn)換結(jié)束，由 STS 腳向單片機發(fā)出轉(zhuǎn)換完成信號，單片機接受到該信號后便開始讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高而且不會閃爍。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 顯然，點陣圖形液晶模塊是 3 種液晶顯示模塊中功能最全面也最為復(fù)雜的一種。 實際應(yīng)用中常采用內(nèi)藏控制器的液晶顯示模塊，因為控制器的存在，使得單片機對顯示模塊的控制和操作顯得極為方便。 特性 1）工作電壓為 +5V177。 4） 內(nèi)部有顯示數(shù)據(jù)鎖存器 5） 簡單的操作指令 顯示開關(guān)設(shè)置，顯示起始行設(shè)置，地址指針設(shè)置和數(shù)據(jù)讀 /寫等指令。是 LCM（液晶顯示模塊）內(nèi)部總線與 MPU總線的結(jié)合部。 3） 輸入寄存器 輸入寄存器用于接收在 MPU 運行速度下傳送給 LCM（液晶顯示模塊）的數(shù)據(jù)并將其鎖存在輸入寄存器內(nèi)，其輸出將在 LCM（ 液晶顯示模塊）內(nèi)部工作時鐘的運作下將數(shù)據(jù)寫入指令寄存器或顯示存儲器內(nèi)。狀態(tài)字寄存器向 MPU 表示了 LCM（ 液晶顯示模塊）當(dāng)前的工作狀態(tài)。 X 地址寄存器可以由 MPU 以指令形式設(shè)置。 Y地址計數(shù)器可以由 MPU 以指令形式設(shè)置，它和頁地址指針結(jié)合唯一選通 顯示存儲器的一個單元， Y 地址計數(shù)器具有自動加一功能。 Z 地址計數(shù)器具有自動加一功能。 11） 顯示開 /關(guān)觸發(fā)器 顯示開 /關(guān)觸發(fā)器的作用就是控制顯示驅(qū)動輸出的電平以控制顯示屏的開關(guān)。該復(fù)位功能將實現(xiàn)： ? 設(shè)置顯示狀態(tài)為關(guān)顯示狀態(tài) ? 顯示起始寄存器清零。八位數(shù)據(jù)傳輸線接單片機的 P1 口，顯示區(qū)片選 CS CS CS3 依次接單片機的 、 、 ， 當(dāng)CS1=1 時，左區(qū)顯示屏顯示，當(dāng) CS2=1 時，中區(qū)顯示屏顯示，當(dāng) CS3=1 時，右區(qū) 顯示屏顯示。若 RS R/W 為 10， 當(dāng)E 引腳出現(xiàn)下降沿時，允許控制器將待顯示數(shù)據(jù)由 DB7~DB0 數(shù)據(jù)總線寫入 19264 液晶顯示模塊的輸入寄存器。 BUSY=1 表示 LCM 正在處理 MPU 發(fā)過來的指令或數(shù)據(jù)。 ON/OFF=1 表示關(guān)顯示狀態(tài)， ON/OFF=0 表示開顯示狀態(tài)。 在指令設(shè)置和數(shù)據(jù)讀寫時要注意狀態(tài)字中的 BUSY 標(biāo)志。 2)顯示開關(guān)設(shè)置 顯示開關(guān)指令格式 Instruction of display ON/OFF Format 0 0 1 1 1 1 1 D 該指令設(shè)置顯示開 /關(guān)觸發(fā)器的狀態(tài)，由此控制顯示數(shù)據(jù)鎖存器的工作方式，從而吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 控制顯示屏上的顯示狀態(tài)。 當(dāng) D=0 為關(guān)顯示設(shè)置，顯示數(shù)據(jù)鎖存器被置零，顯示屏呈不顯示狀態(tài)，但顯示存儲器并沒有被破壞，在狀態(tài)字中 ON/OFF=1。 4)頁面地址設(shè)置 頁面地址格式 Page Address Format 1 0 1 1 1 P2 P1 P0 該指令設(shè)置了頁面地址 — X 地址寄存器的內(nèi)容。 Y 地址計數(shù)器具有自動加一功能，在每一次讀 /寫數(shù)據(jù)后它將自動加一，所以在連續(xù)進行讀 /寫數(shù)據(jù)時， Y 地址計數(shù)器不必每次都設(shè)置一次。 7)讀顯示數(shù)據(jù) 讀顯示數(shù)據(jù)格式 Format of the Display Data to Read 數(shù) 據(jù) 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 13 該操作將 LCM 接口部的輸出寄存器內(nèi)容讀出，然后列地址計數(shù)器自動加一。又由于讀取采樣值的時候是先讀取高八位，后讀取低四位，所以應(yīng)該通過軟件設(shè)計將這 12 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高四位和低八位兩部分，這樣在計算實際輸入電壓值的時候方便將采樣值從二進制轉(zhuǎn)換為十進制，從而就可以運用公式（一），由采樣值得到實際的輸入電壓值。全屏共有 192? 64 個點。在本文中限定輸入電壓在 0~5V 之間，又由于本文中設(shè)計所使用的液晶顯示模 塊為 192（ 列） ? 64 行，所以上下各除去兩行，利用中間的 60 行來顯示波形，顯示 100 列，故在程序設(shè)計中采樣一百個點。 最后 開顯示，即可在液晶顯示模塊上看到由這些數(shù)據(jù)所復(fù)現(xiàn)的輸入信號的波形。 運算放大器是一種放大倍數(shù)很高的直流放大器，因為它早期用于模擬計算機中作為基本運算單元，完成加、減、乘、除等數(shù)字運算，所以稱為運算放大器。 3） 這種放大器在沒有加入負反饋之前的增益稱為開環(huán)增益，其值很大，一般為 60～140dB， 工作不穩(wěn)定，稍有干擾這種放大器將輸出很 大的干擾信號，所以這種放大器在應(yīng)用時都要加入負反饋。此外還有電源引