【正文】 F340 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。所以在幅度方面主要分 1V 和 3V 進(jìn)行了檢測(cè)。由于不同波形對(duì)頻譜分析無(wú)影響，加之以上已經(jīng)可以說(shuō)明不同波形的顯示情況，所以在對(duì) 1V 進(jìn)行測(cè)試時(shí)我們只測(cè)一種波形進(jìn) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 36 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測(cè)信號(hào) 圖 423 4000HZ 1V 正玄波 調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案 在系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，產(chǎn)生的問(wèn)題多種多樣。 解決：最終發(fā)現(xiàn)是硬件問(wèn)題，沒(méi)有注意到加入直流信號(hào)，加入直流信號(hào)后經(jīng)過(guò)調(diào)試出現(xiàn)完整圖形。 結(jié)論與分析 通過(guò)不斷地改進(jìn)本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的采樣，波形顯示，和頻譜分析。本設(shè)計(jì)的另一特點(diǎn)是對(duì)每個(gè)頻譜進(jìn)行了直接的顯示。硬件設(shè)計(jì)上，完成了原理圖的基本設(shè)計(jì)，并且畫(huà)了對(duì)應(yīng)的 PCB 圖，經(jīng)過(guò)調(diào)試可以很好的工西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 38 作。經(jīng)過(guò)測(cè)試以上所提到的功能都。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了由 PC 機(jī)端的 GUI 界面進(jìn)行波形顯示、存儲(chǔ)、頻譜分析，而且 PC 機(jī)端的 GUI界面主要利用 LabVIEW 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第 5 章 結(jié)論與展望 本章主要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程做出了總結(jié)，得出了系統(tǒng)工作的最后結(jié)論，并且根據(jù)不足做出了展望。對(duì)于三種波形，正弦波，三角波，方波進(jìn)行比較可以對(duì)比顯示不同波形。 分析：由于被測(cè)信號(hào)不對(duì)，或者采樣頻率過(guò)小問(wèn)題。 在 Labview 上呈現(xiàn)的波形沒(méi)有下半部分。 具體測(cè)試結(jié)果如下 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 35 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測(cè)信號(hào) 以上是幅度 3V 頻率為 ,2020HZ,3000HZ,行測(cè)試。 調(diào)試結(jié)果 本設(shè)計(jì)在 LabVIEW 上對(duì)信號(hào)采集時(shí)主要對(duì)三種波形進(jìn)行了采集，方波，正玄波和三角波。 硬件方面檢測(cè) 本設(shè)計(jì)是利用 C8051F340 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 調(diào)試方案 驗(yàn)證 USB 通信成功 在 LabVIEW 上檢測(cè)通信成功是要在后面板設(shè)置探針檢測(cè)線路是否聯(lián)通。 驗(yàn)證 USB 通信 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 通信成功的檢測(cè)，進(jìn)而保證后面實(shí)驗(yàn)的可行性。 周期均方根 —測(cè)量周期性輸入信號(hào)完整周期的均方根值。 最大峰 —測(cè)量 信號(hào) 的最高正峰值。 加窗 —在 信號(hào) 上使用 Low Side Lobe窗 。下面是本次設(shè)計(jì)的波形圖標(biāo)部分 [17]。圖表將這些輸入作為單條曲線上的新數(shù)據(jù)。右鍵單擊圖表，從快捷菜單中選擇圖表西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 歷史長(zhǎng)度可配置緩沖區(qū)大小。 同理我們可以得到 USB讀寫(xiě)延遲功能如下圖。本設(shè)計(jì)用到的節(jié)點(diǎn)具體介紹如下。本次設(shè)計(jì)程序框圖如下 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 圖 36后面板框圖 一 一般， Iabview 的上層應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用 USBXpress提供的 USB主機(jī) API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)下層 USB硬件訪問(wèn)的程序流程如圖 37所示。它的功能是對(duì)前面板上的控件進(jìn)行定義、操作和連線以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能，是 LabVIEW 程序設(shè)計(jì)的核心。 } } AD0INT = 0。 num++。 if(num=1500) { num=0。最后改為采樣一組數(shù)據(jù)再發(fā)送，以上程序就是為此設(shè)計(jì)。具體程序如下： while (1) { if(AD_flag2==1) { AD_flag2=0。 將引腳分配給要使用的外設(shè)（ XBR0、 XBR XBR2）。 本設(shè)計(jì)主要有端口初始化，定時(shí)器初始化， ADC 初始化，時(shí)鐘初始化。 單 片 機(jī) 初 始 化 子 程 序 開(kāi) 始看 門(mén) 狗 定 時(shí) 器 初 始 化器 件 時(shí) 鐘 初 始 化器 件 I / O 端 口 初 始 化單 片 機(jī) 初 始 化 子 程 序 結(jié) 束 圖 34 C8051F340初始化流程圖 看門(mén)狗定時(shí)器的初始化：通過(guò)對(duì)特殊寄存器 PCA0MD 的 WDTE 位將看門(mén)狗定西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 時(shí)器使能，如果該位被置 “1”， PCA 模塊 4 被用作看門(mén)狗定時(shí)器，若為 ?0?看門(mén)狗定時(shí)器被禁止。 RSTSRC |= 0x02。 2. 處理 USB 總線的程序代碼 USB_Clock_Start()。再進(jìn)行對(duì)信號(hào)的采樣和發(fā)送程序部分，本次設(shè)計(jì)主要采用的是采樣一組數(shù)據(jù)發(fā)送一組數(shù)據(jù)的流程。主要是下位機(jī)的信號(hào)采樣和發(fā)送和上位機(jī)我頻譜顯示和分析程序框圖。 這里其實(shí)是一個(gè) 中間環(huán)節(jié)，是將上位機(jī)和下位機(jī)連接到一塊的中介，通過(guò)對(duì) USB 端口的設(shè)計(jì)將采樣后的信號(hào)發(fā)送到 PC 機(jī)上。 軟件功能概述 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可分為兩大模塊： 下位機(jī)信號(hào)的采樣及發(fā)送 部分和 上位機(jī)對(duì)信號(hào)的分析 部分 ， 具體 功能 描述如下 。 系統(tǒng)整體 PCB 圖設(shè)計(jì) 由 于本設(shè)計(jì)單片機(jī) C8051F340 的原理圖采用 Altium Designer Summer 09 軟件繪制。其次， 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理的圖時(shí)，最好能把系統(tǒng)分成幾個(gè)小模塊，分開(kāi)去設(shè)計(jì)。 原理 圖的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它決定了后面整個(gè)工作的進(jìn)展。與自制的變壓器產(chǎn)生的 5V供電系統(tǒng)相比，由 USB 供出的 5V電壓電路安全而且簡(jiǎn)單易得，它所提供的功率不超過(guò) ，最大輸出電流為 500mA，電壓一般為 5V177。 USB 具有可以 熱插拔 、攜帶方便、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、可以連接多個(gè)設(shè)備、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高帶寬、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn) ， 已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。此外， RST/C2CK 和單片機(jī)的 13 引腳 /RST/C2CK 相西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 連。F。s。s）。也就是說(shuō)單片機(jī)接收正脈沖開(kāi)始復(fù)位，在正脈沖的下降沿啟動(dòng)單片機(jī)。其中的 D+、 D_分別要接到單片機(jī)的 9 引腳。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 C 8 0 5 1 F 3 4 0U S BP C 機(jī)供 電 電 路 復(fù) 位 電 路J T A G時(shí) 鐘 電 路被 測(cè) 信 號(hào) 圖 21系統(tǒng)總體功能流程圖 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì) 本小節(jié)主要介紹硬件電路中各自包含的大小模塊的具體電路及電路中個(gè)元器件的選擇等。 硬件功能主要是搭建下位機(jī)的 C8051F340 單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。本章主要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)硬件的功能、測(cè)試系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分具體進(jìn)行了說(shuō)明。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。如今LabVIEW 已應(yīng)用到航空、電子、通信、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。另外重要的一點(diǎn)是 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 本次所用示波器如下圖 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 17示波器 軟件環(huán)境 1.、 單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件 Keil C51 簡(jiǎn)介 Keil C51 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。萬(wàn)用表和邏輯筆使用方法比較簡(jiǎn)單，而邏輯分析儀和存儲(chǔ)示波器目前在數(shù)字電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用還不十分普遍。 C8051F340/1/2/3/4/5/6/7采用 48腳 TQFP封裝或 32腳 LQFP封裝。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃ 到 +85℃ ）內(nèi)用 。 片內(nèi) Silicon Labs二線（ C2）開(kāi) 發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 多達(dá) 40個(gè)端口 I/O（容許 5V輸入） 。 多達(dá) 4352字節(jié)片內(nèi) RAM（ 256+4KB） 。 片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和和溫度傳感器 。 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 。通過(guò)以上設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)架框圖如圖 13如所示。 上位機(jī)上 PC機(jī)端的 GUI界面主要利用 LabVIEW做成虛擬示波器，進(jìn) 行波形顯示、頻譜分。 在 VI設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以利用工具選板、前面板中的控件選板、程序框圖中的函數(shù)選板進(jìn)行設(shè)計(jì)。在許多情況下，使用 VI可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無(wú)幾。它的功能是對(duì)前面板上的控件進(jìn)行定義、操作和連線以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的功能，是 LabVIEW程序設(shè)計(jì)的核心。所有的 VI，它包括前面板、程序框圖圖以及圖標(biāo) /連結(jié)器三部分。 USBXpress開(kāi)發(fā)套件提供的各種軟件庫(kù)通過(guò)一系列函數(shù)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)端和 PC機(jī)端的應(yīng)用程序接口(API)。顯然，要完成 USB 通信需要 PC 機(jī)端 (USB 主機(jī) )與 C805IF340 單片機(jī)端 (USB器件 )共同協(xié)作。 LabVIEW 將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個(gè)環(huán)境中，讓開(kāi)發(fā)人員可以在自己的平臺(tái)上無(wú)縫地集成一套完整的應(yīng)用方案 [4] 。它包含高速流水線的 8051 兼容微控制器核，運(yùn)行速率可以高達(dá) 48 MIPS； 64 KB 的芯片內(nèi)建閃存與 5 376 字節(jié)的 RAM，片上外設(shè)引腳可以軟件配置， 70 的指令可以在 1 個(gè)或 2 個(gè)機(jī)器周期中執(zhí)行； USB 功能控制器具有完整的 USB 2． 0 認(rèn)證，支持全速與低速操作，可以用于大多數(shù) USB 外設(shè)設(shè)計(jì)。采樣定理在數(shù)字式遙測(cè)系統(tǒng)、 時(shí)分制遙測(cè)系統(tǒng) 、信息處理、數(shù)字通信和采樣控制理論等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 [3]。采樣定理是 1928 年由 美國(guó) 電信工程師 ，因此稱(chēng)為奈奎斯特采樣定理。另外， V. A. Kotelnikov 也對(duì)這個(gè)定理做了重要貢獻(xiàn)。然后細(xì)化到每個(gè)模塊的方案如何選擇，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了整個(gè)論文的章節(jié)安排。第三章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，針對(duì)對(duì)系統(tǒng)軟件的功能、總體設(shè)計(jì)和各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)作詳細(xì)的介紹。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 針對(duì)以上現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)提出以下方案：總體設(shè)計(jì)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)主要是利用 C8051F340單片機(jī)對(duì)信號(hào)采樣并將得到的信號(hào)通過(guò) USB接口發(fā)送給 PC 機(jī)，上位機(jī)主要是由 PC 機(jī)端的 GUI 界面進(jìn)行波形顯示、頻譜分析，而且 PC 機(jī)端的 GUI 界面主要利用 LabVIEW 來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此， LabVIEW 是 一個(gè)面向最終用戶的工具。使用圖標(biāo)和連線，可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。基于 LabVIEW 的虛擬信號(hào)波形顯示分析器具有機(jī)交互性好、易于操作等特點(diǎn)，能夠廣泛的應(yīng)用與于科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域 [1]。目前 ， 該開(kāi)發(fā)軟件在國(guó)際測(cè)試、測(cè)控行業(yè)比較流行 ,在國(guó)內(nèi)的測(cè)控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。虛擬儀器是指 :利用現(xiàn)有的 PC 機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專(zhuān)用軟件 ， 形成既有普通儀器的基本功能 ， 又有一般儀器所沒(méi)有的特殊功能的新型儀器。 經(jīng)過(guò)調(diào)試，最后驗(yàn)證本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以上所提到的功能，具有合理可行性。上位機(jī)主要是由 PC機(jī) 端的 GUI界面進(jìn)行波形顯示、存儲(chǔ)、頻譜分析，而且 PC機(jī)端的 GUI界面主要利用 LabVIEW來(lái)實(shí)現(xiàn)。西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 摘 要 傳統(tǒng)的示波器其功能完全依靠硬件實(shí)現(xiàn)，功能單一且維護(hù)費(fèi)用高，更重要的是功能一旦確定便不能更改。 低頻模擬信號(hào)顯示分析器 的設(shè)計(jì) 主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)主要是利用 C8051F340單片機(jī)對(duì)信號(hào)采樣并將得到的信號(hào)通過(guò) USB接口發(fā)送給 PC機(jī)。 LabVIEW內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，同時(shí)還保證了系統(tǒng)的靈活性。 附錄 Ⅰ 原理圖 ...................................................... 41 附錄Ⅱ 單片機(jī)系統(tǒng)原 ................................................ 42 附錄Ⅲ 主程序 ....................................................... 43 附錄Ⅳ實(shí)物圖 .......