【正文】 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。 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 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。 峰峰值 —測(cè)量 信號(hào) 最高正峰和最低負(fù)峰之間的距離。 直流 —采集 信號(hào) 的直流分量。向圖表傳送數(shù)據(jù)的頻率決定了圖表重繪的頻率。所有設(shè)置完畢，得到圖 36所示的名為“ SI— GetNumDevices”的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)。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有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。 AD_flag1=0。具體程序如下： void Adc_ConvComplete_ISR(void) interrupt 10 { if(AD_flag1==0) { Out_Packet1[num] = ADC0H。 （ 1）端口初始化 Port_IO_Init1()。 器件時(shí)鐘的初始化：通過將特殊寄存器 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。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)。 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 USB 發(fā)送到 PC 機(jī)。 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。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)沒有錯(cuò)誤之后才生成 PCB 圖，然后在檢查過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。 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 。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。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?，單片機(jī)開始工作。工作過程中引腳 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)。其原理圖如圖 22 所示。 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)。 LabVIEW 簡介 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)）是美國 NI（ National Instrument Company）公司推出的一種基于G 語言的虛擬軟件開發(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]。它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。對(duì)于 USB通信，電源電壓最小值為。 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)場更新 8051固件。 精確校準(zhǔn)的 12MHz內(nèi)部振蕩器和 4倍時(shí)鐘乘法器 。下面列出了一些主要特性 [7] 。 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。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有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等 [17]。因此對(duì) USB通信開發(fā)來說，要做的僅僅是USB主機(jī)和 USB器件的具體應(yīng)用程序開發(fā)，以及 API函數(shù)的直接調(diào)用。 USB 外設(shè)開發(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)用程序的開發(fā)上。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 通信的開發(fā)方法，從而了解和熟悉 USB 外設(shè)的 API 開發(fā)方法。 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 ) 采樣過程所應(yīng)遵循的規(guī)律，又稱 取樣定理 、抽樣定理。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)的說明 ,展望是對(duì)于本次設(shè)計(jì)中的問題提出了一些個(gè)人見解 。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 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。虛擬儀器以軟件為核心 ， 其軟件又以美國 NI公司的 LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)最為常用。硬件上 ， 先將產(chǎn)生的模擬信號(hào)發(fā)送到 A/D轉(zhuǎn)換器上 ,使其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) ,然后發(fā)送到 PC機(jī)上。利用 LabVIEW 做成的虛擬儀器是將虛擬技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，總線技術(shù)，和軟件技術(shù)緊密結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)的數(shù)字處理能力實(shí)現(xiàn)了儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成了一種新的儀器模式。 經(jīng)過對(duì) 本設(shè)計(jì)的功能進(jìn)行仔細(xì)分析，在論文開始得出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，接著從硬件、軟件兩部分對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，最后又通過系統(tǒng)的調(diào)試和分析驗(yàn)證了系統(tǒng)功能特性。信號(hào)波形顯示分析器是在科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的一種通用儀器。這就是圖形化源代碼，又稱G 代碼。 論文共分為五章。 基本原理 采樣的基本原理 采樣定理，又稱香農(nóng)采樣定理，奈奎斯特采樣定理，是信息論，特別是通訊與信號(hào)處理學(xué)科中的一個(gè)重要基本結(jié)論。 1933年由 蘇聯(lián) 工程師科捷利尼科夫首次用 公式 嚴(yán)格地表述這一定理，因此在蘇聯(lián)文獻(xiàn)中稱為科捷利尼科夫采 樣定理。另外， Silicon Laboratories 公司還為 USB 驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)提供了 USBXpress 開發(fā)套件，使得 USB 主機(jī)和從機(jī)驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)可以快捷、高效地完成。在 PC 機(jī)端，需要首先建立 USB 主機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，然后編寫用戶應(yīng)用程序，進(jìn)而利用 API 函數(shù)實(shí)現(xiàn)用戶應(yīng)用程序從 USB 主機(jī)驅(qū)動(dòng)處獲取 USB 數(shù)據(jù)包，并完成相應(yīng)的 USB 讀寫操作； 在單片機(jī)端，同樣需要先調(diào)用 USB 器件驅(qū)動(dòng)程序，然后編寫應(yīng)用程序，而應(yīng)用程序通過 USB 器件驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)訪問 USB 底層硬件。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 前面板，前面板是圖形用戶界面，也就是 VI的虛擬儀器面板，前面板直接面向用戶，是用戶使用虛擬儀器的基本操作面板。 VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征，一個(gè) VI可以作為子程序，這里稱為子 VI，被其他 VI調(diào)用。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 系統(tǒng)方案 本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)主要由硬件部分和軟件部分組成。 通用串行總線 （ USB）功能控制器，有 8個(gè)靈活的端點(diǎn)管道，集成收發(fā)器和1K FIFO RAM。 硬件實(shí)現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強(qiáng)型 UART（ 最多兩個(gè) ） 和增強(qiáng)型 SPI串行接口 4個(gè)通用的 16位定時(shí)器 。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。 圖 15 C8051F340 的原理圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 圖 16 C8051F340 的引腳圖 示波器 示波器是一種使用非常廣泛，且使用相對(duì)復(fù)雜的儀器。與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上都有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用。 測(cè)試方案 本設(shè)計(jì)首先是利用 Keil C51 軟件編譯寫好的程序代碼， 無誤后通過 Keil 的下載功能將編譯好的目標(biāo)文件下載到搭建好的測(cè)試系統(tǒng)中，并運(yùn)行一段時(shí)間后，檢西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 測(cè)程序的正誤。 第四章是系統(tǒng)的調(diào)試與分析，這章主要對(duì)調(diào)試的過程作了詳盡的描述，并對(duì)調(diào)試過程中 產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分析。下位機(jī)C8051F340 單片機(jī)主要作為對(duì)數(shù)據(jù)的采集。其原理框圖如圖 23 所示。設(shè)計(jì)復(fù)位電路的要求就是確定電阻電容值，使其時(shí)間常數(shù)達(dá)到 2 個(gè)機(jī)器周期的復(fù)位最小正脈寬要求。 C 1 00 . 1 u F111 u F+ 3 .3 VR S T / C 2 C KR E S E TS W P BR51KR61K 圖 24 復(fù)位電路 圖 24 所示電路中，在上電瞬間，由于電容的兩端電壓不可能突變，電阻R5 對(duì)電容進(jìn)行充電，充 電得時(shí)間常數(shù)一般由電容和電阻的乘積來決定，要求大于 5 個(gè)外部時(shí)鐘周期，有時(shí)為防止復(fù)位不完全，這些參數(shù)可選大一些，在本設(shè)計(jì)中采用 1181。本設(shè)計(jì)采用的是 接口。因此正確設(shè)計(jì)原理圖非常的重要，一般為避免出錯(cuò)，所以在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)候，應(yīng)該注意以下幾個(gè)問題：首先在畫原理圖之前，應(yīng)該根據(jù)用到的元器件去查看 PROTEL 的元器件庫里是否有，如過沒有，應(yīng)該先把這些元器件的原理圖符號(hào)先畫好。所以繪制 PCB 圖也采用 Altium Designer Summer 09 軟件。 上位機(jī) 利用 LabVIEW 虛擬儀器設(shè)計(jì)一個(gè)示波器實(shí)現(xiàn)波形顯示和頻率分析。主程序整個(gè)流程結(jié)束 ,依次循環(huán)執(zhí)行。 3. 使能 API 中斷程序代碼 USB_Int_Enable()。 端口 I/O 初始化包括以下步驟： 用端口輸入方式寄存器（ PnMDIN）選擇所有端口引腳的輸入方式（模擬或數(shù)字）。 if(AD_flag1==1) Block_Write(Out_Packet1, 1500)。 AD_flag1=1。 } 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 前面板 前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器 面板，前面板直接面向用戶，是用戶使用虛擬儀器的基本操作面板。 程 序 開 始調(diào) 用 用 戶 上 層 應(yīng) 用 程 序進(jìn) 行 U S B 通 信 嗎 ？調(diào) 用 S I G e t N u m D e v i c e s 0 和 S I _ G e t P r o d uc t S t r i n g 0 ， 獲 取 U S B 器 件 相 關(guān) 信 息設(shè) 置 U S B 總 線 延 遲調(diào) 用 S I _ O p e n O ， 打 開 U S B 器 件調(diào) 用 S I R e a d 0 ， 讀 U S B 器 件 數(shù) 據(jù) 塊 ： 或 者 調(diào) 用S I W r i t e 0 ， U S B 器 件 寫 數(shù) 據(jù) 塊 U S B 通 信 完 成 嗎 ? 調(diào) 用 S L C l o s e 0 ， 關(guān) 閉 U S B 器 件程 序 結(jié) 束NYNY 圖 37后面板流程圖 借助 USBXpress提供的 USB主機(jī) API，即 USBX—press安裝目錄下的SiUSBXp． dll，可以簡便地實(shí)現(xiàn)在 PC機(jī)上通過 Labview軟件編寫的 GUI程序與作為 USB器件的 C8051F340單片機(jī)的 USB通信。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 圖 38 USB讀寫延遲 打開 USB圖如下： 圖 39 打開 USB器件 向 USB器件寫數(shù)據(jù)模塊： 310 向 USB器件寫數(shù)據(jù)塊 波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。波形圖表接收 波形數(shù)據(jù)類型 ，該類型包含了波形的數(shù)據(jù)、起始時(shí)間和時(shí)間間隔 (△ t)。勾選直流或均方根復(fù)選框時(shí)，才可使用該選項(xiàng)。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 程序代碼 本設(shè)計(jì)中的 單片機(jī) 程序代碼在 Keil uVision4環(huán)境下編寫，具體程序代碼分別見附錄 V。本次檢測(cè)是運(yùn)用四個(gè)探針對(duì)主要線路進(jìn)行檢測(cè)。由于本次設(shè)計(jì)的目的是對(duì)其頻率和幅度進(jìn)行分析。 分析：這個(gè)問題主要是由于硬件問題引起的，故先要檢查硬件。對(duì) 1V和 3V的對(duì)比分析不同幅度的波形。在 LabVIEW 界面上我們實(shí)現(xiàn)了正弦波，三角波，方波，而且顯示了他們