【正文】 示： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 34 圖 42 C8051F340 硬件圖 檢測(cè)被測(cè)信號(hào) 運(yùn)用示波器檢測(cè)被測(cè)信號(hào) ，驗(yàn)證三種波形的輸出正常。具體檢測(cè)如下所示： 圖 41 USB 通信測(cè)試圖 探 針 [1]表示檢測(cè)到與上位機(jī)相連的 USB 設(shè)備 1 個(gè)。 驗(yàn)證 LabVIEW 界面功 能 對(duì) LabVIEW 界面的檢測(cè)實(shí)際是對(duì)上位機(jī)的整體檢測(cè)，通過(guò) LabVIEW 界面信號(hào)顯示和頻譜的顯示進(jìn)而確保整個(gè)設(shè)計(jì)的初步成功。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 32 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 本章主要對(duì)調(diào)試目的、調(diào)試方案、調(diào)試過(guò)程與結(jié)果以及調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案 進(jìn)行詳細(xì)介紹。 峰峰值 —測(cè)量 信號(hào) 最高正峰和最低負(fù)峰之間的距離。 平滑窗用于減緩有效信號(hào)中的急劇變化。 直流 —采集 信號(hào) 的直流分量。 創(chuàng)建波形（模擬波形） 函數(shù)可在圖表的 x 標(biāo)尺上劃分時(shí)間，并自動(dòng)使用 x 標(biāo)尺刻度的正確間隔 。向圖表傳送數(shù)據(jù)的頻率決定了圖表重繪的頻率。下列前面板顯示了一個(gè)波形圖表的范例。所有設(shè)置完畢，得到圖 36所示的名為“ SI— GetNumDevices”的調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)。 USBXpress提供了 10個(gè) USB主機(jī) API函數(shù)，具體如下： SI_Get NumDevices() 獲取 USB器件的序列號(hào) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 SI_Get ProductString（） 獲取 USB器 件的產(chǎn)品描述信息 SI_Open（） 打開(kāi) USB器件 SI_Close（） 關(guān)閉 USB器件 SI_Read（） 讀 USB器件數(shù)據(jù)版 SI_Write（） 向 USB器件寫數(shù)據(jù)塊 SI_FlushBuffers（） 清楚 USB器件讀和寫隊(duì)列中的數(shù)據(jù) SI_Set Timeouts（） 設(shè)置 USB讀寫延時(shí) SI_Get Timeouts（） 獲取 USB讀寫延遲 SI_CheckRXQueue（） 獲取器件讀隊(duì)列中的數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù) 在 Labview軟件編寫 GUI程序是可通過(guò) Labview軟件中的 CLF節(jié)點(diǎn) (Labview 高級(jí)子模板中的調(diào)用庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn) )調(diào)用 USBXpress提供的 USB主機(jī) API，以達(dá)到訪問(wèn) USB底層硬件的目的。它包括前面板上的控件和控件的連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。這一界面上有 用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象 ，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。 AD_flag1=0。 AD_flag2=1。具體程序如下： void Adc_ConvComplete_ISR(void) interrupt 10 { if(AD_flag1==0) { Out_Packet1[num] = ADC0H。 else Block_Write(Out_Packet2, 1500)。 （ 1）端口初始化 Port_IO_Init1()。 用端口輸出方式寄存器（ PnMDOUT）選擇所有端口引腳的輸出方式（漏極開(kāi)路或推挽）。 器件時(shí)鐘的初始化：通過(guò)將特殊寄存器 OSCICN 的 IFCN1 和 IFCN0 位都置?1? 設(shè)置內(nèi)部晶振為最高頻率；通過(guò)將特殊寄存器 CLKMUL 的 MULEN 位置 ?1?使能時(shí)鐘乘法器，然后延時(shí)等待時(shí)鐘乘法器準(zhǔn)備好。調(diào)用 AN169USB通信庫(kù)函數(shù) USB_Int_Enable()。完成初始化 USB 總線時(shí)鐘 USB_Init(USB_VID,USB_PID,USB_MfrStr,USB_ProductStr,USB_SerialStr,USB_MaxPower,USB_PwAttributes,USB_bcdDevice)。具體流程如下 : 圖 33 下位機(jī)程序流程圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 主程序重要相關(guān)代碼注釋如下： 1. 禁止看門狗的程序代碼 PCA0MD amp。 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) 下位機(jī)部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)信號(hào)的采樣，主要兩部分，初始化，信號(hào)采樣并通過(guò) USB 發(fā)送到 PC 機(jī)。 這里其實(shí)是本設(shè)計(jì)的最重要部分，在上位機(jī)上主要是利用 LabVIEW 的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的顯示和頻率的分析。 由于在下位機(jī)部分我們主要實(shí)現(xiàn)的功能是完成對(duì)信號(hào)的采樣和發(fā)送，所以 我們利用 C8051F340 主要實(shí)現(xiàn)，本次設(shè)計(jì)我們采用的是采樣一組發(fā)送一組進(jìn)行傳輸。 詳圖見(jiàn)附錄 II。最后，當(dāng)原理圖畫完之后我們還要仔細(xì)檢查，只有確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤之后才生成 PCB 圖，然后在檢查過(guò)程中可以用軟件自帶的電西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 氣規(guī)則進(jìn)行合理的配置。在畫器件原理圖符號(hào)時(shí)沒(méi)必要把所有的管腳都一一畫出來(lái)，只要把用到的引腳畫出來(lái)則可 。 1234U2USBREGIN1uFC7C8 圖 27 最小系統(tǒng)電源電路 圖 27 中， C C8 的容值大小均參考數(shù)據(jù)手冊(cè)上的典型電路； USB 的 1 引腳接單片 機(jī)的 REGIN 引腳 。 R327R127R21234U2USB 33pFC115pFC215pFC31uFC5C6VBUSD+DC4D+DVBUSREGIN1uFC7C8VDD 圖 26 USB 通信電路 圖 26 中 C1~C6 的容值大小均參考數(shù)據(jù)手冊(cè)上的典型電路； USB 的 3 引西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 腳分別接單片機(jī)的 D+引腳和 D引腳 。它的接口有兩端接口，其中一端與計(jì)算機(jī)的 USB口相連，另一端與單片機(jī)芯片的 JTAG 接口相連，這是一個(gè) 14 針的接口，其硬件連接如圖 25 所示。F 的電容和 1KΩ 的電阻，時(shí)間常數(shù)為 1ms，滿足系統(tǒng)復(fù)位要求。此后 +5V 對(duì)電容 C 充電導(dǎo)致 RST 端電壓迅速下降使它變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C(jī)開(kāi)始工作。本設(shè)計(jì)中晶振頻率 fosc=12MHz 時(shí)，機(jī)器周期T=1181。工作過(guò)程中引腳 Reset 一旦接收到一個(gè)正脈沖，就會(huì)再次進(jìn)行復(fù)位啟動(dòng)。Vin VoutGNDU1 C2C4LED1234P1USB 33pFC515pFC615pFC7VBUSD+D10uFC11uFC3+1 23 45 6P2( 電源開(kāi)關(guān)按鍵 1)+5VDD+GND+5VR427R227R31KR1GND++ 圖 23 C8051F340 供電電路 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位包括初始化和從頭開(kāi) 始工作這樣連續(xù)的兩步。其原理圖如圖 22 所示。該模塊主要包括供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 JTAG 電路。 硬件功能描述 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是軟件運(yùn)行的平臺(tái)。 第五章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論與展望，在這一章中，結(jié)論對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果作了簡(jiǎn)單的總結(jié)，展望則根據(jù)系統(tǒng)中存在的不足提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)的方法 。 第二章是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的介紹，包括了 C8051F340 硬件的功能描述和硬件的總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。在運(yùn)用 LabVIEW 之前檢測(cè)自己設(shè)計(jì)的方案時(shí)，必須先保證上位機(jī)設(shè)計(jì)的合理性與成功性，為此我們必須先對(duì)其進(jìn)行 USB 通信的檢測(cè)，進(jìn)而保證后面實(shí)驗(yàn)的可行性。 LabVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)）是美國(guó) NI（ National Instrument Company）公司推出的一種基于G 語(yǔ)言的虛擬軟件開(kāi)發(fā)工具，虛擬儀器是有用戶定義，這種 “軟件即儀器 ”的思想增強(qiáng)了虛擬儀器的靈活性和可擴(kuò)展性 [15]。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C 來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，需要使用若干儀器、儀表觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。對(duì)于 USB通信，電源電壓最小值為。在使用 C2進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。 FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051固件。 具有 5個(gè) 捕捉 /比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列（ PCA） 。 精確校準(zhǔn)的 12MHz內(nèi)部振蕩器和 4倍時(shí)鐘乘法器 。 電源穩(wěn)壓器 。下面列出了一些主要特性 [7] 。下面將對(duì)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境作已簡(jiǎn)單介紹。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能 在本設(shè)計(jì)中需要能夠?qū)崿F(xiàn)功能如下： 下位機(jī)上利用 C8051F340單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的采樣。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。它包括前面板上的控件和控件的連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等 [17]。這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。因此對(duì) USB通信開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，要做的僅僅是USB主機(jī)和 USB器件的具體應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，以及 API函數(shù)的直接調(diào)用。 U S B X p r e s s 主 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)U S B X p r e s s 器 件 驅(qū) 動(dòng)應(yīng) 用 程 序A P I應(yīng) 用 程 序P C 機(jī)單 片 機(jī) 圖 12 USB 通信原理圖 由于有了 Silicon Laboratories公司提供的 USBX—press的開(kāi)發(fā)套件，上述驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用程序的編寫變得極為簡(jiǎn)便。 USB 外設(shè)開(kāi)發(fā)除了硬件設(shè)計(jì)外，大部分工作集中在固件編程和 PC 機(jī)端驅(qū)動(dòng)程序以及用戶應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)上。 LabVIEW 是一個(gè)具有革命性的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境。簽于此，應(yīng)用包含片上 USB 控制器的 C8O51F340 單片機(jī)和進(jìn)行 PC 機(jī)端 GUI 用戶應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的 LabVIEW 軟件為基礎(chǔ)的一種基于 API 實(shí)現(xiàn) USB 通信的開(kāi)發(fā)方法，從而了解和熟悉 USB 外設(shè)的 API 開(kāi)發(fā)方法。 1948 年信息論的創(chuàng)始人 明確地說(shuō)明并正式作為定理引用，因此在許多文獻(xiàn)中又稱為 香農(nóng)采樣定理 。 1924 年 奈奎斯特 (Nyquist)就推導(dǎo)出在 理想低通信道 的最高 碼元傳輸速率 的公式 : 理想低通信道的最高碼元傳輸速率 B=2W Baud (其中 W 是理想 ) 圖 11 模擬采樣示意圖 采樣定理： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 理想信道的極限信息速率（信道容量） C = B * log2 N ( bps ) 采樣過(guò)程所應(yīng)遵循的規(guī)律，又稱 取樣定理 、抽樣定理。 E. T. Whittaker(1915 年發(fā)表的統(tǒng)計(jì)理論 ),克勞德 第五章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論與展望，本章對(duì)結(jié)論作了詳細(xì)的說(shuō)明 ,展望是對(duì)于本次設(shè)計(jì)中的問(wèn)題提出了一些個(gè)人見(jiàn)解 。第一章提出設(shè)計(jì)中的一些基本原理和相關(guān)硬件、軟件的基本介紹。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。 LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖。 LabVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬(wàn)用表）類似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面。 LabVIEW作為一個(gè)圖形化編程軟件，是開(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)的一種功能強(qiáng)大、方便快捷的編程工具。虛擬儀器以軟件為核心 ， 其軟件又以美國(guó) NI公司的 LabVIEW虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)最為常用。 關(guān)鍵詞 ： C8051F340，頻譜分析， LabVIEW， PC 機(jī)， USB 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) ABSTRACT Traditional oscilloscope function pletely dependent on hardware implementation with single function and the high cost of maintenance, it is more impor