【正文】 如系統(tǒng)的人機(jī)交互界面還不夠完美，顯示僅為一位通道數(shù)顯示 。本文采用的軟件抗干擾措施如下： (1) 指令冗余 當(dāng) CUP 受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令碼來(lái)執(zhí)行，引起程序的混亂，我們首先要盡快將程序納入正軌，也就是讓程序彈飛到某一個(gè)單字節(jié)指令 NOP，這就是指令冗余。在系統(tǒng)中，為了 能完整地覆蓋被測(cè)的整個(gè)變化過(guò)程，采樣點(diǎn)取 16 256個(gè)點(diǎn)。作為程序的入口，主程序控制各類程序的調(diào)用。其不需要采用大容量的電解電容，容量大小為 220Uf，耐壓為 25伏，再接入 的電容，便可減少電源波動(dòng)的影響，濾去紋波，并可很好地改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。根據(jù)電路圖中的電阻關(guān)系，一個(gè)輸入電阻 R1為 10KΩ，一個(gè)輸入電阻 R2為 50KΩ，反饋電阻 R3為 10KΩ， R4為阻抗匹配，為 R R R3三個(gè)電阻的并聯(lián)值，即 ，可知 LF356A2 的輸出在 LF356A1的基礎(chǔ)上偏移 1/2VREF（ VREF為 OP07 提供的參考電壓）。 8 位 DAC寄存器為第二級(jí)鎖存器，它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào)。 該電路把保存在 RAM中的采樣數(shù)據(jù)，按照示波器顯示波形的要求循環(huán)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832，轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號(hào)，然后再送到通用示波器顯示出波形。這樣 62256 就分為 四頁(yè)，每頁(yè)對(duì)應(yīng) 8KB，合計(jì) 4 8=32KB。 (2) 當(dāng) OE為低電平， LE 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，輸入端數(shù)據(jù)鎖入內(nèi)部寄存器中，內(nèi)部寄存器中的內(nèi)容與輸出端相同。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20xx S he e t of F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ us e r \桌面 \記錄器 \原理圖 \波形記錄器設(shè)計(jì)原理圖 .ddbD r a w n B y :321411AL M 324DDR3K ΩR10K ΩR1K ΩR10K ΩR10K ΩC220uF+ 5VD+ 5VC S 2V C CGNDGND 圖 RAM62256 的斷電保護(hù)電路 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) 12 單片機(jī)與 62256 的接口電路的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與單片機(jī)的接口 電路，需考慮地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制端口的連接。顯示滿屏幕需要 10 20=200 個(gè)點(diǎn)，考慮到八通道采樣，故需存儲(chǔ) 2008=1600 個(gè)點(diǎn)；但 為了能完整地觀察被測(cè)的整個(gè)變化過(guò)程，每個(gè)通道需采集 16256 個(gè)點(diǎn)，即每通道需要 4KB 的存儲(chǔ)容量。復(fù)位按鈕一般安裝在操作面板上，有較長(zhǎng)的傳輸線，容易引起電磁感應(yīng)干擾。因此，復(fù)位電路設(shè)計(jì)要求：其一要保證整個(gè)系統(tǒng)可靠復(fù)位，并具有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位功能；其二是要有一定的抗干擾能 力。 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) 9 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20xx S he e t of F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ngs \ us e r \桌面 \記錄器 \原理圖 \波形記錄器設(shè)計(jì)原理圖 .ddbD r a w n B y :R10KR10KR10KS W 6 S W 9S W 4 S W 7S W 1S W 5 S W 8S W 2S W 3P 11P 12P 13P 15P 16P 17I N T 0+ 5V123A nd 圖 鍵盤(pán)接口電路 控制和存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，為節(jié)約成本，采用最小化硬件設(shè)計(jì)，其外部需接 ADC、 DAC、以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以所選單片機(jī)只要有一定數(shù)量的并行輸入 /輸出口，有一定容量的程序存儲(chǔ)器和定時(shí)器、外部中斷源即可。 鍵盤(pán)接口電路 采用的是非編碼鍵盤(pán)，非編碼鍵盤(pán)是由軟件來(lái)識(shí)別鍵盤(pán)上的閉合的，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，使用靈活等特點(diǎn)。為了適用不同幅度的信號(hào)幅度，將此比較器 U2的比較基準(zhǔn)電壓設(shè)為可調(diào)，并將調(diào)節(jié)電位器 RW置于儀表面板上。逐次逼近寄存器中的位就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，這種方法就像在天平上由大到小加減法碼一樣。 輸入電路的設(shè)計(jì) 輸入電路包括 緩沖器、程控基準(zhǔn)電源、同步觸發(fā)電路、采樣保持器及模數(shù)變換器 (ADC)， 在輸入電路中的核心器件是 A/D 轉(zhuǎn)換器， 緩沖器、程控基準(zhǔn)電源、同步觸發(fā)電路、采樣保持器都是為 A/D 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的，因而 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇是輸入電路設(shè)計(jì)的核心。 總體設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)做控制器，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。單片機(jī)在啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換時(shí)還需考慮到與信號(hào)的同步問(wèn)題。 因此該課題的設(shè)計(jì)具有實(shí)際意義，通過(guò)設(shè)計(jì)可以提高獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；可以培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力；可以增強(qiáng)個(gè)人理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、文獻(xiàn)查閱、計(jì)算機(jī)運(yùn)用和文字表達(dá)等方面的能力；可以加深自己對(duì)理論知識(shí)的理解，以及實(shí)際操作的經(jīng)驗(yàn)。另一方面，采用計(jì)算機(jī)與軟件結(jié)合的方法設(shè)計(jì)虛擬波形記錄器。 再如科研工作常常依賴波形記錄儀記錄、收集信息 。本論文是基于單片機(jī)而設(shè)計(jì)的波形記錄器，波形存儲(chǔ)系統(tǒng)配備了 A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、采用雙極性輸出 的 D/A轉(zhuǎn)換器等器件。系統(tǒng)有八個(gè)輸入通道，采用分區(qū)儲(chǔ)存波形。本章主要介紹了 波形記錄的 背景與研究現(xiàn)狀、 課題意義 。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。 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。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)。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(pán)顯示電 路、控制存儲(chǔ) 電路和輸出電路。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(kāi)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。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)。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。 按鍵的消抖問(wèn)題 組成鍵盤(pán)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。 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。RST 引腳是復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。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。系統(tǒng)輸入八個(gè)通道，則需要 4 8KB。 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(xiě)允許 WE 端和一個(gè)輸出允許 OE端。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。 62256 寫(xiě)入數(shù)據(jù)的過(guò)程是：選擇頁(yè)碼后，在 62256 芯片的 A0A12上加入要寫(xiě)入的單元的地址；在 D0D7上加上要寫(xiě)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。因?yàn)椴ㄐ蔚娘@示與波形的采集與存儲(chǔ)在管理上是分開(kāi)的，即不管數(shù)據(jù)以何種速度寫(xiě)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。 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。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。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(guò)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。在系統(tǒng)中其主要的任務(wù)是在鍵盤(pán)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。 同時(shí)在本子程序中根據(jù)鍵值的不同還要選擇不同的存儲(chǔ)區(qū)。因此，常在一些對(duì)程序的流向起決定作用的指令之前插入兩條 NOP 指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。 很顯然，基于單片機(jī)的波形記錄器能夠滿足一般溫度、濕度等緩慢變化的信號(hào)的采集和記錄。 當(dāng)然，系統(tǒng)同時(shí)也存在幾點(diǎn)缺點(diǎn)。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)做好抗干擾設(shè)計(jì)，以求將干擾對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響降到最低，而軟件抗干擾具有投資低的優(yōu) 點(diǎn)。軟件主要是根據(jù) KEY 存儲(chǔ)器中的鍵值，選擇不同的通道和參考電壓。 主程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件部分以主程序?yàn)槿肟?，在初始化之后調(diào)用鍵盤(pán)管 理程序，完成對(duì)鍵盤(pán)的掃描，讀入鍵值，并根據(jù)相應(yīng)的鍵值調(diào)用 D/A 轉(zhuǎn)換子程序或 A/D 轉(zhuǎn)換子程序。三端穩(wěn)壓器（ 780 781 7912）的輸出級(jí)接入兩個(gè)濾波電容，用于減小因?yàn)殡娫床▌?dòng)對(duì)系統(tǒng)造成的影響和濾波。在該電路中 LF356A1 為電流電壓轉(zhuǎn)換，為單極性輸出， LF356A2 運(yùn)算放大器，起反相求和作用，即 OP07 提供的參考電壓提供偏流 I1，與 LF356A1 輸出提供的偏流 I2相反。此后，WR1由低變高時(shí)， ILE 變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中。 形成示波信號(hào)的電路核心是 D/A轉(zhuǎn) 換器 。 “頁(yè)碼”確定后的尋 址范圍唯一地確定為 8000H9FFFH。目前常用的地址鎖存芯片有： 74HC27 74HC373 等，本設(shè)計(jì)電路中選擇 74HC373，74HC373 有三種工作狀態(tài)： (1) 當(dāng) OE為低電平， LE 為高電平時(shí)，輸出和輸入狀態(tài)相同，即輸出跟隨輸入。圖 ，采用線性集成電路 LM324做信號(hào)比較器，當(dāng)正常電源供電時(shí)， LM324輸出高電平， CS2選通，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以在 CS1的控制下工作，當(dāng)電源斷電或電壓下降到 ,LM324輸出低電平 ,這樣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不被選中 ,其數(shù)據(jù)也不會(huì)沖失 ,當(dāng)電源恢復(fù)正常時(shí) ,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可正常工作。示波器顯示屏水平刻度一般為 l0div，水平分辨率一般為 20 點(diǎn)/div。這些噪聲雖然不會(huì)完全導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位，但有時(shí)會(huì)破壞 CPU 內(nèi)的程序狀態(tài)字的某些位的狀態(tài)，對(duì)控制產(chǎn)生不良的影響。同時(shí)，復(fù)位電路也是容易受干擾的敏感部位之一。鍵盤(pán)的檢測(cè)方式采用中斷查詢：當(dāng)有按鍵按下時(shí)，都會(huì)使與門(mén)輸出低電平，從而引起單片 機(jī)的中斷，單片機(jī)再判斷鍵號(hào)并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理。 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) 8 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:abfcgdeD P Y1 2 3 4 5 6 7a b c d e f g8dpdpD P Y _7 S E G _D PA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511Q612Q713C L K8MR97 4H C 1 6 4+5 R X DT X D 圖 通道顯示電路 該電路占用 I/O 接口資源少，且編程容易、管理簡(jiǎn)單、顯示亮度高、穩(wěn)定性好，占用 CPU 時(shí)間較少。同步觸發(fā)電路選用運(yùn)算放大器構(gòu)成的電平比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖 。如此經(jīng)過(guò) 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖，就將逐次逼近寄存器的八位確定下來(lái)。設(shè)計(jì)中采用自頂向下的方法，把系統(tǒng)電路按功能模塊分為四部分：輸入電路、鍵盤(pán)顯示電 路、控制 存儲(chǔ) 電路和輸出 電路 。 ： 緩慢變化的信號(hào)，先經(jīng)慢速的 A/D采樣，然后再以幾倍的速度進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換，使信號(hào)波形的時(shí)間軸得以壓縮，壓縮的效果等效于示波器掃描速度的減小，使通用示波器具備觀察變化慢的信號(hào)的功能。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖 被測(cè)信號(hào)的采樣、存儲(chǔ)和 重現(xiàn)信號(hào)波形 過(guò)程如下： 、存儲(chǔ) 輸入的被測(cè)信號(hào)