【正文】 操作將 LCM 接口部的輸出寄存器內(nèi)容讀出，然后列地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加一。 [4] 信號(hào)采集并顯示系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本文中所采用的控制器 STC89C58RD+因其內(nèi)部擴(kuò)展了 1024 個(gè)字節(jié)的 RAM，所以 圖 采樣子程序流程圖 The flow chart of the subprogram for sampling 圖 液晶顯示子程序流程圖 Figure The flow chart of the subprogram for display by LCD 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 不必在外擴(kuò) RAM， 利用片內(nèi)擴(kuò)展的 1024 個(gè)字節(jié)的 RAM 區(qū)就可以完成對(duì)采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。所以本文對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，是采樣一個(gè)數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)一個(gè)，當(dāng)采樣完全結(jié)束即采樣點(diǎn)采滿之 后，再對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 由于 AD574A 的數(shù)據(jù)輸出為 12 位，所以要采樣 100 個(gè)點(diǎn)，就需要 200 個(gè)字節(jié)來(lái)存儲(chǔ)采樣值。又由于讀取采樣值的時(shí)候是先讀取高八位，后讀取低四位，所以應(yīng)該通過(guò)軟件設(shè)計(jì)將這 12 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高四位和低八位兩部分，這樣在計(jì)算實(shí)際輸入電壓值的時(shí)候方便將采樣值從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，從而就可以運(yùn)用公式（一），由采樣值得到實(shí)際的輸入電壓值。 在本文中 AD574A 的輸入采用的是單極性輸入，單極性輸入時(shí) AD574A 的輸出數(shù)字量 D 與輸入模擬電壓 VIN 之間的關(guān)系如下： VVFSIND ?? 4096 或 ? ? 4 0 9 6??? VVFSIN D （一） 式中 VIN 為輸入模擬量 （ V）， VFS 是滿量程，如果從 10VIN 引腳輸入， VFS=10V，1LSB=10/4096V=24mV； 若信號(hào)從 20VIN引腳輸入， VFS=20V， 1LSB=20/4096V=49mV[2]。 在本文中，波形復(fù)現(xiàn)所采用的顯示器件是 19264 液晶顯示模塊，是一種圖形點(diǎn)陣液晶模塊。該液晶模塊分為三個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)均有 64? 8? 8 個(gè)點(diǎn)，并有與之對(duì)應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，即有 64?8 個(gè)字節(jié)單元。全屏共有 192? 64 個(gè)點(diǎn)。每個(gè)存儲(chǔ)單元的每一位數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)點(diǎn)的顯示，若該存儲(chǔ)位為 1 則對(duì)應(yīng)的點(diǎn)顯示，若該存儲(chǔ)位為 0，則對(duì)應(yīng)的點(diǎn)不顯示。 圖 信號(hào)顯示系統(tǒng)總體流程圖 Figure The flow chart of the system for the signal39。s display 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 要復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的波形，就要根據(jù)采得的電壓幅值數(shù)據(jù) （ V） 來(lái)控制液晶顯示模塊上的每一個(gè)點(diǎn)的顯示狀態(tài)。在本文中限定輸入電壓在 0~5V 之間，又由于本文中設(shè)計(jì)所使用的液晶顯示模 塊為 192（ 列） ? 64 行，所以上下各除去兩行，利用中間的 60 行來(lái)顯示波形，顯示 100 列，故在程序設(shè)計(jì)中采樣一百個(gè)點(diǎn)。 以第 62 行為橫軸，第 1 列為縱軸，則從第 3 行到第 62 行的 64 行每相鄰兩行之間的電壓差為 605???V （ V） ，則要顯示的數(shù)據(jù)的縱坐標(biāo)為 VVIN ??， 在 19264 液晶顯示模塊的顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) DDRAM 中的顯示位所在的行數(shù)即為 VN VIN ???? 60 。 設(shè)該點(diǎn)所在頁(yè)面 P 則 8??NP ， 再設(shè)該點(diǎn)為采樣所得第 i（ i? 100） 個(gè)點(diǎn)，設(shè)該點(diǎn)在第 P 頁(yè)第 i 個(gè)單元的第 B 位，則 8/NB? ， 則該單元的值為 2BD? 。 然后根據(jù)不同點(diǎn)所在頁(yè)數(shù)和行數(shù)，按照采樣先后順序依次寫入相應(yīng)的顯示存儲(chǔ)器RAM。 最后 開(kāi)顯示，即可在液晶顯示模塊上看到由這些數(shù)據(jù)所復(fù)現(xiàn)的輸入信號(hào)的波形。 程序清單見(jiàn)附錄 5。 信號(hào)頻率測(cè)量系統(tǒng) 該部分主要由前端電路、控制器 MCU 數(shù)碼管顯示電路三部分組成。 前端電路主要包括同相比例放大電路和整流電路兩部分 。 運(yùn)算放大器是一種放大倍數(shù)很高的直流放大器，因?yàn)樗缙谟糜谀M計(jì)算機(jī)中作為基本運(yùn)算單元，完成加、減、乘、除等數(shù)字運(yùn)算，所以稱為運(yùn)算放大器。這種放大器的通用性很強(qiáng)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于信號(hào)放大、檢測(cè)、變換等方面。集成運(yùn)放的 特點(diǎn)主要有下列幾點(diǎn)： 1） 它的通用性強(qiáng)，能夠廣泛的應(yīng)用于許多功能電路中，如構(gòu)成減法器、恒壓源電路、音頻放大器電路、直流放大器電路、 +1 放大器電路等，在各種放大器中它相當(dāng)于一個(gè)最基本的放大單元。 2） 集成運(yùn)放的運(yùn)用可以分成兩大類：一是集成運(yùn)放的線性運(yùn)用，此時(shí)它工作在線性區(qū)，可以視集成運(yùn)放為一個(gè)深度負(fù)反饋運(yùn)用的放大單元；二是它的非線性運(yùn)用，這時(shí)它工作在非線性區(qū)。 3） 這種放大器在沒(méi)有加入負(fù)反饋之前的增益稱為開(kāi)環(huán)增益，其值很大，一般為 60～140dB， 工作不穩(wěn)定，稍有干擾這種放大器將輸出很 大的干擾信號(hào)，所以這種放大器在應(yīng)用時(shí)都要加入負(fù)反饋。在加入負(fù)反饋之后，放大器的增益下降，此時(shí)的增益稱為閉環(huán)增益。 4） 集成運(yùn)放的共摸抑制比很大，通常大于 80dB。 5） 集成運(yùn)放有三個(gè)基本功能引腳：兩個(gè)輸入引腳，一個(gè)輸出引腳。此外還有電源引腳和接地引腳。 6） 集成運(yùn)放可以用單電源供電，也可以用正、負(fù)對(duì)稱的雙電源供電，同一個(gè)集成運(yùn)放可以用這兩種供電方式。 一、集成運(yùn)算放大器的內(nèi)電路特點(diǎn) 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)電路特點(diǎn)與集成電路的制造工藝相關(guān)，主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)： 1） 內(nèi)部電路全部采用直接耦合電路，所以這種電路可以放大直流信號(hào)和變化緩慢的信號(hào)（頻率很低的信號(hào)）。 2） 集成運(yùn)算放大器內(nèi)部采用差分放大器作為“主力”放大器，為了提高這些差動(dòng)放大器的共模抑制比和降低零點(diǎn)漂移等，普遍采用恒流源作為放大管的集電極負(fù)載、發(fā)射極電阻，還采用復(fù)合管構(gòu)成差分放大器。 3） 集成運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端，所以內(nèi)電路的輸入級(jí)要采用雙端輸入式差分放大器電路。 4） 集成運(yùn)算放大器有一個(gè)輸出端，而雙端輸出式差分放大器有兩個(gè)輸出端，所以輸出級(jí)采用單端化電路，將兩個(gè)輸出端改成一個(gè)輸出 端。 5） 集成運(yùn)算放大器輸出級(jí)電路一般采用工作在甲乙類狀態(tài)下的互補(bǔ)對(duì)稱或準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱放大器。 6） 集成運(yùn)算放大器內(nèi)部還設(shè)有恒流源電路、直流移位電路等。 7） 集成運(yùn)放內(nèi)電路不僅可以用雙極型晶體管構(gòu)成電路，還可以用 N 溝道和 P 溝道的 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成電路，這兩類不同導(dǎo)電性質(zhì)的場(chǎng)效應(yīng)管可以組成互補(bǔ)放大器電路，俗稱 CMOS 電路。 二、電路符號(hào) 下圖所示是集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)，現(xiàn)在有多種表示方式。關(guān)于集成運(yùn)放的電路符號(hào)主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)： 1） 在電路符號(hào)中有一個(gè)三角形，用 來(lái)表示集成運(yùn)放，而且引腳上標(biāo)有“ +”，“ ”極性，表示輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的相位關(guān)系。 2） 它共有 3 根功能引腳（電源引腳和接地引腳除外），其中兩根為輸入引腳，另一根為輸出引腳。 3） 在兩個(gè)輸入引腳中有極性之分：一個(gè)是同相輸入端，用“ +”號(hào)表示；另一個(gè)是反相輸入端，用“ ”表示。 三、輸出端與輸入端之間相位關(guān)系特性 關(guān)于輸出端與輸入端之間相位關(guān)系特性主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)： 1） 所謂同相和反相是指輸入端與輸出端之間信號(hào)電壓相位關(guān)系，同相輸入端與輸出端的信號(hào)相位相同，反相輸入 端與輸出端信號(hào)相位相反。 2） 在反相輸入端信號(hào)電壓不變時(shí)，同相輸入端的輸入信號(hào)電壓增大，輸出端的信號(hào)也增大；同相輸入端的輸入信號(hào)電壓減小，輸出端的信號(hào)也在減小。 3） 在同相輸入端信號(hào)電壓不變時(shí)，反相輸入端的信號(hào)電壓增大，輸出端的信號(hào)電壓減?。环聪噍斎攵说男盘?hào)電壓減小，輸出端的信號(hào)電壓增大。 運(yùn)算放大器的輸入 — 輸出關(guān)系為 )( vvvv abio AA ??? 其 中， Va、 Vb 及 Vo 分別是運(yùn)算放大器相應(yīng)端點(diǎn)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的電壓（電位）。 “Va”對(duì)應(yīng)的端子為 “”， “Vb”對(duì)應(yīng)的端子為“ +”。電壓 Vi=(Vb Va) 為總輸入， Vo 為總輸出。由于常用的運(yùn)算放大器的輸入電阻 Ri 很大，輸出電阻 Ro 很小，開(kāi)環(huán)增益非常大，所以我們常把它看作理想的運(yùn)算放大器。 四、運(yùn)算放大器的參數(shù) 1） 極限參數(shù) 電源電壓 （ VS）： 正電壓、負(fù)電壓或正負(fù)電壓之間的差。 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 差分輸入電壓（ VIN）：正負(fù)輸入端之間能夠施加的最大電壓差值。 輸入共模電壓 （ VI） ：在保證 運(yùn)算放大器正常工作的情況下，正負(fù)輸入端之間能夠施加的最大電壓差值。 允許功耗 （ PD） ：在保證運(yùn)算放大器正常工作的情況下，所消耗的最大功率。 工作溫度 （ TOPT） ：保證運(yùn)算放大器正常工作的溫度范圍，正常是 0～ 70 攝氏度。 2） 電特性參數(shù) 輸入失調(diào)電壓 （ VOS）： 在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，正負(fù)輸入端之間的電壓。 輸入偏置電流 （ IB）： 在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，正負(fù)輸入端之間的靜態(tài)基極電流的平均值。 輸入失調(diào)電流 （ IOS）： 在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，正負(fù)輸入端之間的靜態(tài)基極電流的差。 電壓增益 （ AV）： 運(yùn)算放大器不加反饋時(shí)，輸出的電壓與輸入的差模電壓之比。 共模增益 （ ACM ）： 在正負(fù)輸入端加入相同的信號(hào)，輸出電壓與輸入電壓之比。 共模信號(hào)抑制 比（ CMRR ）： 電壓增益與共模增益之比。 電源電壓抑制比 （ PSRR ）： 電源電壓?jiǎn)挝蛔兓恳鸬氖д{(diào)電壓的變化量。 轉(zhuǎn)換速率 （ SR ）： 在大信號(hào)條件下，輸入最小電壓到最大電壓變化時(shí)，輸出最小電壓到最大電壓的單位時(shí)間變化率。 增益帶寬積 （ GBW ）： 開(kāi)環(huán)增益下降到直流增益的 3dB 時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)頻率。 靜態(tài)功耗 （ PW）： 輸入電壓為零，輸出未加負(fù)載時(shí)，在額定的電源電壓條件下，運(yùn)算放大器自身消耗的功率。 [5] 五、本系統(tǒng)中同相比例放大的實(shí)現(xiàn) 本文中的電壓放大電路根據(jù)輸入電壓幅值的不同范圍分為八個(gè)檔，輸入電壓幅值在05V 之間，八個(gè)檔分別是 ～ 、 ～ 、 ～ 、 ～ 、 ～、 ～ 、 ～ 、 ～ ， 放大倍數(shù)依次為 2 1 。 運(yùn)放采用 OP37 高精度高速低噪聲運(yùn)算放大器 [6]。電路結(jié)構(gòu)采用同相比例放大電路，即放大電路的輸入信號(hào)由同相輸入端接入，反饋電阻一端接運(yùn)放的輸出，一端接運(yùn)放的反相輸入端，反相輸入端通過(guò)一電阻接地。反饋網(wǎng)絡(luò)由八個(gè)電阻并聯(lián)組成，且每個(gè)反饋電阻與運(yùn)放輸出之間由一單刀雙擲開(kāi)關(guān)連接，形成八檔。設(shè)反相端接地的電阻為R1， 反饋電阻為 Rfi， 設(shè)放大倍數(shù)為 Ai ， i 從 0 取到 7， 依次對(duì)應(yīng)前面的八檔。由于放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)（即開(kāi)環(huán)增益）很大，則由運(yùn)放的深度負(fù)反饋的原理得同相比例放大電路的閉環(huán)放大增益 Ai 與電阻 R1 和反饋電阻 Rfi 的關(guān)系如下： ? ? 11 RRf iRAi ??? 。由該公式可知，若 R1 為 1 千歐，結(jié)合各檔所需放大倍數(shù)，則得 Rfi（ i 從 0 取到 7） 依次為 2 1 單位均為千歐 .[7] 整流電路 由于輸入信號(hào)可能很小，而本文采用的整流器件是光耦 P521， 其輸入端內(nèi)部是發(fā)光二 極管，所以輸入信號(hào)若太小就不能驅(qū)動(dòng)該二極管，光耦就不能正常工作，所以必須有電壓放大電路。 放大電路保證了光耦正常工作所需的電壓，但通過(guò)光耦的電流不應(yīng)超過(guò)光耦中發(fā)光二極管的額定電流，故在運(yùn)放輸出端與光耦之間接入一較大電阻限流。 要利用單片機(jī)的端口進(jìn)行頻率測(cè)量，就必須把待測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成滿足單片機(jī)要求的方波脈沖信號(hào)。在本文中，光耦 P521 的使用就是為了實(shí)現(xiàn)這一要求。光耦 P521 的 2兩腳為輸入，在內(nèi)部 1 腳接發(fā)光二極管的陽(yáng)極， 2 腳接發(fā)光二極管的陰極， 4 腳為輸出端，內(nèi)部為一光敏三極管， 3 腳接三極管的集電極 ， 4 腳接發(fā)射極。所以當(dāng)輸入信號(hào)的正半部分通過(guò)使輸入端的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光時(shí)，輸出端的光敏三極管在二極管發(fā)出的光的作用下導(dǎo)通，當(dāng)二極管截止時(shí)，光敏三極管也截止，隨著輸入信號(hào)的變化，光敏吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 三極管隨著導(dǎo)通截止，這樣在輸出端就產(chǎn)生了頻率和輸入信號(hào)相同的方波信號(hào)。 [8] 數(shù)碼管顯示模塊 1） 七段顯示器的原理 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的設(shè)備，包括 LED， LCD等。 LED顯示器