【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 s i onS i z eBD a t e : 6 J un 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ 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 :872U 1AL F 35 6872U 2AL F 35 6D1D2R110 k R210 k R4RWR35. 1k I np utR5+ 12GNDP 10 圖 程控基準(zhǔn)電源設(shè)計(jì) 程控基準(zhǔn)電源主要是為 ADC0809 提供可變的參考電壓，以適用不同幅度的輸入信號(hào)，擴(kuò)大信號(hào)的輸入范圍，采用此方法可降低系統(tǒng)對(duì)前端電路的要求，電路如圖 所示。 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 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ 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 :+ 12R22kR1100kR5100KR3100KR451K872U 1AO P 07872U 2AO P 07872U 3AO P 072k10k20k40k80k120k16 0k 200kX013X114X215X312X41X55X62X74I N H6A11B10C9V E E7X3C D 40 51+ 5VD14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414C L K9C L R174 L S 17 5GND74 L S 13 8 的 Y4A L EP 03P 02P 01P 00A D C 08 09 的 R E F A D C 08 09 的 R E F + 圖 程控基準(zhǔn)電源電路 本電路主要采用精密單運(yùn)放 OP0 CD4051 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和地址鎖存器73LS175 組成， CD4051 由單片機(jī)控制，其地址線和 ADC0809 的通道地址選擇線相同， 這樣每個(gè)通道和一個(gè)參考電壓對(duì) 應(yīng)了起來，即每個(gè)通道對(duì)應(yīng)不同的輸入信號(hào)的范圍，這樣記錄波形前可估計(jì)波形的電壓大小，以接入不同的通道。 顯示電路設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 采用數(shù)碼管靜態(tài)顯示，利用單片機(jī)的串行口發(fā)送，采用 74HC164 鎖存顯示代碼。顯示電路的具體電路如圖 。 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 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。 鍵盤接口電路 采用的是非編碼鍵盤，非編碼鍵盤是由軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合的，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，使用靈活等特點(diǎn)。 按鍵的消抖問題 組成鍵盤的按鍵有觸點(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。由于按鍵是機(jī)械觸點(diǎn)，當(dāng)機(jī)械觸點(diǎn)斷開、閉合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這種抖動(dòng)對(duì)于人來說是感覺不到的，但對(duì)計(jì)算機(jī)來說，則完全可以感應(yīng)到，因?yàn)橛?jì)算機(jī)的處理速度是在微秒級(jí)，而機(jī)械抖動(dòng)的時(shí)間至少是毫秒級(jí)，對(duì)計(jì)算機(jī)而言，這已是一個(gè)漫長的過程了。要使每次按鍵只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動(dòng)，常用的去抖動(dòng)的方法有兩種：軟件方法和硬件方法。在此設(shè)計(jì)中，采用了軟件法消除抖動(dòng)，具體原理是：在單片機(jī)獲得信息后，不是確 認(rèn)按鍵按下，而是延長10 毫秒或更長的時(shí)間后，再次檢測(cè)，如果仍然為低電平，則說明按鍵按下。這樣就避開了按鍵按下時(shí)的抖動(dòng)時(shí)間，而在檢測(cè)到按鍵釋放后，再延時(shí) 5～ 10毫秒，消除后沿的抖動(dòng)，然后對(duì)鍵值進(jìn)行處理。 鍵盤與單片機(jī)的接口電路的設(shè)計(jì) 鍵盤與單片機(jī)的接口電路如圖 ： 其 3個(gè)輸出口 (P1 P1 P13)作為矩陣鍵盤的列線，每根線上都加一個(gè)上拉電阻， 用于減小干擾，再由 P1 P1 P17作為行線，整個(gè)鍵盤共設(shè) 9個(gè)鍵 。鍵盤的檢測(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) 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 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ 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。 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。 AT89C51單片機(jī)內(nèi)核由 8031 內(nèi)核構(gòu)成的，所以 AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 80C51 相近且與 MC51 系列單片機(jī)相互兼容，對(duì)其指令系統(tǒng)熟悉。本系統(tǒng)中需要并行輸入 /輸出口較多， AT89C51 有 4個(gè)八位的并行 I/O 口，通過數(shù)據(jù)地址線的分時(shí)復(fù)用，可以滿足系統(tǒng)的要求； AT89C51 單片機(jī)帶 4KB片內(nèi) ROM，可存儲(chǔ) 4KB 的程序，而本系統(tǒng)的程序初步估計(jì)為一千個(gè)字節(jié)左右，因此程序存儲(chǔ)器可滿足系統(tǒng)要求，并留有相當(dāng)大的剩余空間；方案中設(shè)計(jì)的顯示電路采用串行口方式連接，而 AT89C51 有一個(gè)全雙工串行口；另外設(shè)計(jì)中還用到了兩個(gè)中斷，而 AT89C51 有 6 個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)， 所 以采用 AT89C51 單片機(jī)能滿足設(shè)計(jì)的要求。 單片機(jī)晶振電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過 X X2 引腳接入定時(shí)控制單元（晶體振蕩和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路如圖 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10V C C40GND20A T 8 9 C 5 1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) 10 所示。 圖 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 任何微機(jī)都是通過可靠復(fù)位之后才可有序執(zhí)行應(yīng)用程序。同時(shí)，復(fù)位電路也是容易受干擾的敏感部位之一。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。RST 引腳是復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，在 RST 引腳施加兩個(gè)機(jī)器周期（即 24個(gè)晶振周期）以上的高電平，單片機(jī)將有效復(fù)位。如圖 為單片機(jī)復(fù)位電路，本系統(tǒng)單片機(jī)的晶振為 6MHz，實(shí)踐證明，只要 RESET 引腳的脈沖保持 10ms 以上的高電平，就能使單片機(jī)復(fù)位。圖 中非門的最小輸入高電平 Ui=2V，當(dāng)充電時(shí)間 t= R C 時(shí) ,則充電電壓 Uc== 5V≈2V，其中 t為復(fù)位時(shí)間。 t== 103 22 106=13ms，則電路設(shè)計(jì)滿足復(fù)位要求。 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 20 06 S he e t o f F i l e : C : \ D oc um e nt s a nd S e t t i ng s \ 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 :DI N 41 48R1KSWC22uF+51 2A74 L S 04GNDR S T 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位電路的抗干擾設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位端口的干擾主要來自電源和按鈕傳輸線串入的噪聲。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。復(fù)位按鈕一般安裝在操作面板上，有較長的傳輸線，容易引起電磁感應(yīng)干擾。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。在電路設(shè)計(jì)上，單片機(jī)復(fù)位端口處并聯(lián) ~ 的高頻電容，或配置施密特電路，提高 對(duì)串入的噪聲的抑制能力，如圖 （ 74LS04）。電路中放電二極管 D 不可缺少，當(dāng)電源斷電后，電容通過二極管 D迅速放電，待電源恢復(fù)時(shí)可實(shí)現(xiàn)可靠的上電復(fù)位。若沒有二極管 D，當(dāng)電源因?yàn)槟持懈蓴_瞬間斷電1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT itl eN u m be r R ev i sio nS iz eBD at e: 1 2 M ay 20 0 6 S he e t o f F ile : E :\談量 \原理圖 \波形記錄器 .d db D ra w n B y:C R Y ST A LC22 0P FC11 0P FX1X2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) 11 時(shí)，由于電容 C不能迅速將電荷放掉，待電源恢復(fù)時(shí)，單片機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)上電自動(dòng)復(fù)位，導(dǎo)致程序失控。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇與掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，又被稱為隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM。在本設(shè)計(jì)中，存儲(chǔ)器容量可表明示波器水平方劃分細(xì)微的 程度，它是水平分辨率的倒數(shù)。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。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