【正文】 失真。在頻率方面我們主要分五個(gè)頻段進(jìn)行了具體分析和說(shuō)明，五個(gè)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(jìn)行軟件的調(diào)試，同時(shí)通過(guò)測(cè)試硬件系統(tǒng)驗(yàn)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(jìn)行分析，則通常不在信號(hào)上使用窗 。在指定了 t0 和單元素 Y 數(shù)組的波形中，各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均擁有時(shí)間標(biāo)識(shí)，因此適用于繪制非均勻采樣的數(shù)據(jù)。波形圖表會(huì)保留來(lái)源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱(chēng)緩沖區(qū)。現(xiàn)以實(shí)現(xiàn) USB主機(jī) API函數(shù)中的 SI—GetNumDevices()函數(shù)為例，具體說(shuō)明在 LabVIE軟件中如何實(shí)現(xiàn)對(duì) USB API函數(shù)的調(diào)用。 本次設(shè)計(jì)前面板主要是實(shí)現(xiàn)波形顯示 ,和頻譜的顯示進(jìn)而與示波器進(jìn)行對(duì)比 .西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (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(jì)起初設(shè)計(jì)的采樣一個(gè)數(shù)據(jù)然后發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再采樣一個(gè) 再發(fā)送西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 一個(gè)經(jīng)過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這樣做效率地而且效果不明顯。 用端口跳過(guò)寄存器（ PnSKIP）選擇應(yīng)被交叉開(kāi)關(guān)跳過(guò)的那些引腳。完成 API中斷使能 初始化 單片機(jī)初始化流程圖，如圖 22 所示。= ~0x40。 軟件總體設(shè)計(jì) 軟件的設(shè)計(jì)在整個(gè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 下面的初始化程序和信號(hào)處理程序兩大板塊領(lǐng)導(dǎo)。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 第 3章 軟件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)完成之后，需要編寫(xiě)相應(yīng)的應(yīng)用程序，本章分 上位機(jī) 和 下位機(jī) 兩部分分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。這樣一來(lái)可以節(jié)約時(shí)間，又可以能讓原理圖看起來(lái)更加的簡(jiǎn)潔。 電源電路 電源電路是為整個(gè)硬件系統(tǒng)提供能源的，它設(shè)計(jì)的好壞也關(guān)乎著系統(tǒng)能否正常工作。按鍵閉合時(shí)，電容通過(guò) R6 可進(jìn)行放電，使電容的壓降為 0，當(dāng)按鍵斷開(kāi)時(shí)，電容充電的過(guò)程與上電復(fù)位類(lèi)似。s，要求加在 Reset 引腳的正脈寬不小于 2181。單片機(jī)復(fù)位引腳Reset 接收高電平進(jìn)行初始化；接收低電平，開(kāi)始工作。 硬件總體設(shè)計(jì) 根據(jù)系本功能要求，需要完成以下設(shè)計(jì)：以 C8051F340 為核心的信號(hào)采樣系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖 21。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 第 2章 硬件設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們將系統(tǒng)功能分為硬件與軟件來(lái)分別實(shí)現(xiàn)。驗(yàn)證被測(cè)信號(hào)功能被測(cè)信號(hào)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，是我們應(yīng)該首先保證的環(huán)節(jié)，通過(guò)示波器我們首先要保證三種被測(cè)信號(hào)的正常使用，為后面信號(hào)分析形成對(duì)比部分。 Keil C51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。常用的電子測(cè)量?jī)x器有萬(wàn)用表、邏輯筆、普通示波器、存儲(chǔ)示波器、邏輯分析儀等。兩個(gè) C2接口引腳可以與用戶(hù)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(shí)鐘丟失檢測(cè)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(shí)現(xiàn)低頻模擬信號(hào)波形顯示器的設(shè)計(jì)，本設(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)。 LabVIEW的強(qiáng)大功能歸因于它的層次 化結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以把創(chuàng)建的 VI程序當(dāng)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(méi)有限制 [6]。 程序框圖提供 VI的圖形化源程序。通過(guò)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(jī)驅(qū)動(dòng)程序 (在 US—BXpress安裝目錄下的 Driver目錄中 )、 USB主機(jī) API(USBXpress安裝目錄下的 SiUSBXp． dl1)以及USB器件驅(qū)動(dòng)程 (USBXpress安裝目錄下的 USBX—F34X． LIB)。它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的復(fù)雜性，為用戶(hù)提供強(qiáng)大功能的同時(shí)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(shí)域采樣定理和 頻域 采樣定理。香農(nóng) 與 Harry Nyquist 都對(duì)它作出了重要貢獻(xiàn)。第二章是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的介紹，包括硬件的功能描述和硬件的總體設(shè)計(jì)及詳細(xì)設(shè)計(jì)。 LabVIEW 盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、 圖標(biāo)和概念。其良好的相通性、開(kāi)放性、專(zhuān)用性，使測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)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(jī)系統(tǒng)原 ................................................ 42 附錄Ⅲ 主程序 ....................................................... 43 附錄Ⅳ實(shí)物圖 ....................................................... 48 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 前 言 自從 1986 年美國(guó) NI(National Instrument)公司提出虛擬儀器的概念以來(lái) ,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)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(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)。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)。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?；?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]。因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶(hù)的工具。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。另外， V. A. Kotelnikov 也對(duì)這個(gè)定理做了重要貢獻(xiàn)。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]。 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] 。 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)。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。 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)。通過(guò)以上設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)架框圖如 圖 13如所示。 片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和和溫度傳感器 。 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） 。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃ 到 +85℃ ）內(nèi)用 。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。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。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。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。 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。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)。s。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。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。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)。 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 。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。 2. 處理 USB 總線的程序 代碼 USB_Clock_Start()。 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。 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(jì)。 num++。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。本設(shè)計(jì)用到的節(jié)點(diǎn)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(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。下面是本次設(shè)計(jì)的波形圖標(biāo)部分 [17]。 最大峰 —測(cè)量 信號(hào) 的最高正峰值。 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。 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。 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 ,20xxHZ,3000HZ,行測(cè)試。 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。 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。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。 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。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。 C8051F340 單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)方案如圖 42 所示： 西