【正文】 失真。在頻率方面我們主要分五個頻段進行了具體分析和說明，五個頻段主要是 500HZ,1000HZ,20xxHZ,3000HZ,。 探針 [2]表示 USB 設(shè)備被成功返回的句柄，該句柄將用于后面的 API 調(diào)用。 調(diào)試目的 本系統(tǒng)的調(diào)試主要進行軟件的調(diào)試，同時通過測試硬件系統(tǒng)驗證系統(tǒng)性能的物理可行性。如采集到的周期 數(shù)是整數(shù)或?qū)υ肼曌V進行分析，則通常不在信號上使用窗 。在指定了 t0 和單元素 Y 數(shù)組的波形中，各個數(shù)據(jù)點均擁有時間標識，因此適用于繪制非均勻采樣的數(shù)據(jù)。波形圖表會保留來源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)?，F(xiàn)以實現(xiàn) USB主機 API函數(shù)中的 SI—GetNumDevices()函數(shù)為例，具體說明在 LabVIE軟件中如何實現(xiàn)對 USB API函數(shù)的調(diào)用。 本次設(shè)計前面板主要是實現(xiàn)波形顯示 ,和頻譜的顯示進而與示波器進行對比 .西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 26 前面板如下所示 : 圖 35 前面板圖 后面板 后面板是程序框圖板塊 ,程序框圖提供 VI 的圖形化源程序。 } } else { Out_Packet2[num] = ADC0H。 } } 本設(shè)計起初設(shè)計的采樣一個數(shù)據(jù)然后發(fā)送一個數(shù)據(jù)，然后再采樣一個 再發(fā)送西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 一個經(jīng)過實際的實驗發(fā)現(xiàn)這樣做效率地而且效果不明顯。 用端口跳過寄存器（ PnSKIP）選擇應(yīng)被交叉開關(guān)跳過的那些引腳。完成 API中斷使能 初始化 單片機初始化流程圖，如圖 22 所示。= ~0x40。 軟件總體設(shè)計 軟件的設(shè)計在整個 系統(tǒng)的設(shè)計中至關(guān)重要，該系統(tǒng)的軟件主要由主程序統(tǒng)領(lǐng)西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 下面的初始化程序和信號處理程序兩大板塊領(lǐng)導(dǎo)。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 第 3章 軟件設(shè)計 硬件設(shè)計完成之后，需要編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，本章分 上位機 和 下位機 兩部分分別進行詳細介紹。這樣一來可以節(jié)約時間，又可以能讓原理圖看起來更加的簡潔。 電源電路 電源電路是為整個硬件系統(tǒng)提供能源的，它設(shè)計的好壞也關(guān)乎著系統(tǒng)能否正常工作。按鍵閉合時，電容通過 R6 可進行放電，使電容的壓降為 0，當按鍵斷開時，電容充電的過程與上電復(fù)位類似。s，要求加在 Reset 引腳的正脈寬不小于 2181。單片機復(fù)位引腳Reset 接收高電平進行初始化；接收低電平，開始工作。 硬件總體設(shè)計 根據(jù)系本功能要求，需要完成以下設(shè)計：以 C8051F340 為核心的信號采樣系統(tǒng)， 實現(xiàn)過程如圖 21。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 13 第 2章 硬件設(shè)計 在設(shè)計的過程中，我們將系統(tǒng)功能分為硬件與軟件來分別實現(xiàn)。驗證被測信號功能被測信號是本次設(shè)計的關(guān)鍵部分，是我們應(yīng)該首先保證的環(huán)節(jié)，通過示波器我們首先要保證三種被測信號的正常使用，為后面信號分析形成對比部分。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。常用的電子測量儀器有萬用表、邏輯筆、普通示波器、存儲示波器、邏輯分析儀等。兩個 C2接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。 片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器 。 真正 10位 200 ksps的單端 /差分 ADC，帶模擬多路器 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架 為了實現(xiàn)低頻模擬信號波形顯示器的設(shè)計，本設(shè)計主要分為上位機和下位機兩部分，下位機主要是利用 C8051F340單片機對信號采樣并將得到的信號通過USB接口發(fā)送給 PC機，上位機主要是由 PC機端的 GUI界面進行波形顯示、頻譜分析，而且 PC機端的 GUI界面主要利用 LabVIEW來實現(xiàn)。 LabVIEW的強大功能歸因于它的層次 化結(jié)構(gòu)，用戶可以把創(chuàng)建的 VI程序當作子程序調(diào)用，以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，而這種調(diào)用的層次是沒有限制 [6]。 程序框圖提供 VI的圖形化源程序。通過在 Windows操作系統(tǒng)環(huán)境下安裝USBX—press軟件，就可以直接獲得 USB主機驅(qū)動程序 (在 US—BXpress安裝目錄下的 Driver目錄中 )、 USB主機 API(USBXpress安裝目錄下的 SiUSBXp． dl1)以及USB器件驅(qū)動程 (USBXpress安裝目錄下的 USBX—F34X． LIB)。它內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，為用戶提供強大功能的同時還保證了系統(tǒng)的靈活性。采樣定理有許多表述形式，但最基本的表述方式是時域采樣定理和 頻域 采樣定理。香農(nóng) 與 Harry Nyquist 都對它作出了重要貢獻。第二章是系統(tǒng)硬件設(shè)計的介紹，包括硬件的功能描述和硬件的總體設(shè)計及詳細設(shè)計。 LabVIEW 盡可能利用了技術(shù)人員、科學家、工程師所熟悉的術(shù)語、 圖標和概念。其良好的相通性、開放性、專用性，使測試系統(tǒng)的開發(fā)周期短、成本低、質(zhì)量高。 附錄 Ⅰ 原理圖 ...................................................... 41 附錄Ⅱ 單片機系統(tǒng)原 ................................................ 42 附錄Ⅲ 主程序 ....................................................... 43 附錄Ⅳ實物圖 ....................................................... 48 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 前 言 自從 1986 年美國 NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器的概念以來 ,隨著計算機技術(shù)和測量技術(shù)的發(fā)展 ,虛擬儀器技術(shù)也得到很快的發(fā)展。 低頻模擬信號顯示分析器 的設(shè)計 主要分為上位機和下位機兩部分，下位機主要是利用 C8051F340單片機對信號采樣并將得到的信號通過 USB接口發(fā)送給 PC機。上位機主要是由 PC機端的 GUI界面進行波形顯示、存儲、頻譜分析，而且 PC機端的 GUI界面主要利用 LabVIEW來實現(xiàn)。虛擬儀器是指 :利用現(xiàn)有的 PC 機，加上特殊設(shè)計的儀器硬件和專用軟件 ， 形成既有普通儀器的基本功能 ， 又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器?；?LabVIEW 的虛擬信號波形顯示分析器具有機交互性好、易于操作等特點，能夠廣泛的應(yīng)用與于科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域 [1]。因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。第三章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計，針對對系統(tǒng)軟件的功能、總體設(shè)計和各個部分的具體設(shè)計實現(xiàn)作詳細的介紹。另外， V. A. Kotelnikov 也對這個定理做了重要貢獻。采樣定理在數(shù)字式遙測系統(tǒng)、 時分制遙測系統(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]。 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環(huán)境中，讓開發(fā)人員可以在自己的平臺上無縫地集成一套完整的應(yīng)用方案 [4] 。 USBXpress開發(fā)套件提供的各種軟件庫通過一系列函數(shù)實現(xiàn)單片機端和 PC機端的應(yīng)用程序接口(API)。它的功能是對前面板上的控件進行定義、操作和連線以實現(xiàn)虛擬儀器的功能，是 LabVIEW程序設(shè)計的核心。 在 VI設(shè)計過程中，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)選板進行設(shè)計。通過以上設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)架框圖如 圖 13如所示。 片內(nèi)電壓基準和和溫度傳感器 。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 9 多達 40個端口 I/O（容許 5V輸入） 。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃ 到 +85℃ ）內(nèi)用 。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡單，而邏輯分析儀和存儲示波器目前在數(shù)字電路教學實驗中應(yīng)用還不十 分普遍。另外重要的一點是 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。驗證 LabVIEW 界面功能對 LabVIEW 界面的檢測實際是對上位機的整體檢測，通過 LabVIEW 界面信號顯示 和頻譜的顯示進而確保整個設(shè)計的初步成功。本章主要對測試系統(tǒng)硬件的功能、測試系統(tǒng)硬件總體設(shè)計、測試系統(tǒng)硬件詳細設(shè)計進行介紹。 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 C 8 0 5 1 F 3 4 0U S BP C 機供 電 電 路 復(fù) 位 電 路J T A G時 鐘 電 路被 測 信 號 圖 21 系統(tǒng)總體功能流程圖 硬件詳細設(shè)計 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元器件的選擇等。也就是說單片機接收正脈沖開始復(fù)位，在正脈沖的下降沿啟動單片機。s。此外， RST/C2CK 和單片機的 13 引腳 /RST/C2CK 相西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 連。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單易得，它所提供的功率不超過 ，最大輸出電流為 500mA，電壓一般為 5V177。其次， 在設(shè)計系統(tǒng)原理的圖時，最好能把系統(tǒng)分成幾個小模塊，分開去設(shè)計。 軟件功能概述 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)的軟件設(shè)計可分為兩大模塊： 下位機信號的采樣及發(fā)送 部分和 上位機對信號的分析 部分 ， 具體 功能 描述如下 。主要是下位機的信號采樣和發(fā)送和上位機我頻譜顯示和分析程序框圖。 2. 處理 USB 總線的程序 代碼 USB_Clock_Start()。 單 片 機 初 始 化 子 程 序 開 始看 門 狗 定 時 器 初 始 化器 件 時 鐘 初 始 化器 件 I / O 端 口 初 始 化單 片 機 初 始 化 子 程 序 結(jié) 束 圖 34 C8051F340 初始化流程圖 看門狗定時器的初始化：通過對特殊寄存器 PCA0MD 的 WDTE 位將看門狗定西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 24 時器使能，如果該位被置 “1”， PCA 模塊 4 被用作看門狗定時器，若為 ?0?看門狗定時器被禁止。 將引腳分配給要使用的外設(shè)（ XBR0、 XBR XBR2）。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。 num++。它的功能是對前面板上的控件進行定義、操作和連線以實現(xiàn)虛擬儀器的功能，是 LabVIEW 程序設(shè)計的 核心。本設(shè)計用到的節(jié)點具體介紹如下。右鍵單擊圖表，從快捷菜單中選擇圖表西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 30 歷史長度可配置緩沖區(qū)大小。下面是本次設(shè)計的波形圖標部分 [17]。 最大峰 —測量 信號 的最高正峰值。 驗證 USB 通信 在運用 LabVIEW 之前檢測自己設(shè)計的方案時，必須先保證上位機設(shè)計的合理性與成功性，為此我們必須先對其進行 USB 通信成功的檢測，進而保證后面實驗的可行性。 硬件方面檢測 本設(shè)計是利用 C8051F340 單片機實現(xiàn)信號采樣。 具體測 試結(jié)果如下 : 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 35 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測信號 以上是幅度 3V 頻率為 ,20xxHZ,3000HZ,行測試。 分析：由于被測信號不對，或者采樣頻率過小問題。 第 5 章 結(jié)論與展望 本章主要對整個系統(tǒng)的設(shè)計過程做出了總結(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。硬件設(shè)計上，完成了原理圖的基本設(shè)計，并且畫了對應(yīng)的 PCB 圖，經(jīng)過調(diào)試可以很好的工西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 38 作。 結(jié)論與分析 通過不斷地改進本設(shè)計基本達到了預(yù)期的結(jié)果，實現(xiàn)了對信號的采樣，波形顯示，和頻譜分析。由于不同波形對頻譜分析無影響，加之以上已經(jīng)可以說明不同波形的顯示情況，所以在對 1V 進行測試時我們只測一種波形進 西安工程大學本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 36 界面圖 b. 幅度譜 c. 被測信號 圖 423 4000HZ 1V 正玄波 調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案 在系統(tǒng)的調(diào)試過程中，產(chǎn)生的問題多種多樣。 C8051F340 單片機的硬件設(shè)計方案如圖 42 所示： 西