【正文】 當(dāng)然，如果將系統(tǒng)升級，配備其他的控制 器，增加良好的人機(jī)交換界面，可在實(shí)際應(yīng)用中無處不在。 很顯然，基于單片機(jī)的波形記錄器能夠滿足一般溫度、濕度等緩慢變化的信號的采集和記錄。 當(dāng)然，系統(tǒng)同時也存在幾點(diǎn)缺點(diǎn)。 在硬件的設(shè)計中，輸入信號的 調(diào)理結(jié)合了 A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)，通過改變參考電壓來改變輸入信號電壓的范圍，簡化了前端處理電路。 (2) 軟件陷阱 當(dāng)彈飛的程序落到非程序區(qū)（如 ROM 中未使用的空閑和程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū)）時，就形成了死循環(huán) ，解決的辦法就是用一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序轉(zhuǎn)到一個指定的地址，為了加強(qiáng)捕獲的效果，一般還在其前面加兩條NOP 指令。因此，常在一些對程序的流向起決定作用的指令之前插入兩條 NOP 指令，以保證彈飛的程序迅速納入正確的控制軌道。所以在設(shè)計過程中應(yīng)做好抗干擾設(shè)計，以求將干擾對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響降到最低，而軟件抗干擾具有投資低的優(yōu) 點(diǎn)。在本設(shè)計中， DAC0832 采用的是雙緩沖方式，其實(shí)現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換的程序如下： MOV DPTR， DATA； DAC0832 的地址 MOV A， DATA； 數(shù)據(jù)地址 MOVX DPTR， A； 輸出到 DAC0832 D/A 轉(zhuǎn)換 子程序流程圖見圖 ，其程序見程序詳單。 D/A 轉(zhuǎn)換子程序的流程圖 D/A 轉(zhuǎn)換子程序是波形重構(gòu)的組成，主要的任務(wù)是完成輸出數(shù)據(jù)區(qū)的選擇，啟動 D/A 轉(zhuǎn)換。 同時在本子程序中根據(jù)鍵值的不同還要選擇不同的存儲區(qū)。軟件主要是根據(jù) KEY 存儲器中的鍵值，選擇不同的通道和參考電壓。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 18 結(jié) 束開 　 　 始串 行 口 初 始 化調(diào) 用 顯 示 子 程 序顯 示 零外 部 中 斷Ｉ Ｎ Ｔ ０ 、 Ｉ Ｎ Ｔ １的 觸 發(fā) 方 式 機(jī) 選 擇數(shù) 據(jù) 緩 沖 區(qū) 的 初 始 化是 否 為 九 鍵調(diào) 用 Ｄ ／ Ａ 轉(zhuǎn)換 子 程 序調(diào) 用 Ａ ／ Ｄ 轉(zhuǎn)換 子 程 序Ｎ　 　 Ｙ按 鍵 是否 按 下Y Ｎ 圖 主程序流程圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 19 開 始關(guān) 中 斷 Ｉ Ｎ Ｔ ０鍵 盤 掃 描 第 一 行是 第 一 列　 按 鍵 ？是 第 二 列　 按 鍵 ？保 存 按 鍵列 序 號 零保 存 按 鍵列 序 號 一保 存 按 鍵列 序 號 二保 存 行序 號保 存 鍵 值 ： 行 序 號 加 列 序 號是 否 全部 掃 完是 第 三 列　 按 鍵 ？顯 示 鍵 值返 回ＮＹＮＹＮ　 　 Ｙ　 Ｙ掃 描下 一 行清 除 中 斷標(biāo) 志開 中 斷Ｎ 圖 鍵盤掃描中斷子程序其流程圖東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 第四章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 20 A/D 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換子程序是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的一個重要的組成，其主要功能是：選擇相應(yīng)的參考電壓、轉(zhuǎn)換通道和存儲區(qū)，然后啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，并判斷采樣次數(shù)是否完成。主程序流程圖如圖 所示，具體程序見程序詳單。在系統(tǒng)中其主要的任務(wù)是在鍵盤中斷子程序執(zhí)行完后，調(diào)用 D/A 轉(zhuǎn)換子程序或 A/D 轉(zhuǎn)換子程序，設(shè)串行口方式和中斷的觸發(fā)方式，初始化各數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而系統(tǒng)其它的功能都由各子程序完成。 主程序的設(shè)計 系統(tǒng)的軟件部分以主程序?yàn)槿肟?，在初始化之后調(diào)用鍵盤管 理程序，完成對鍵盤的掃描，讀入鍵值，并根據(jù)相應(yīng)的鍵值調(diào)用 D/A 轉(zhuǎn)換子程序或 A/D 轉(zhuǎn)換子程序。本系統(tǒng)中主要芯片有 ADC080 DAC083靜態(tài) RAM6225以及地址鎖存器 74LS37 74LS175 等芯片，根據(jù)硬件的設(shè)計，其地址分配表如表 所示。軟件部分包括主程序設(shè)計和鍵盤掃描子程序的設(shè)計、 A/D 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計、 D/A 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計、 LED 顯示子程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)存儲子程序和延時子程序的設(shè)計 。然而，隨之產(chǎn)生一個弊端，即當(dāng)三端穩(wěn)壓器（ 780 781 7912）的輸入出現(xiàn)短路時，輸出端大電容上存儲的電荷，將通過集成穩(wěn)壓器內(nèi)部放電，可能會造成內(nèi)部電路的損壞，故在其間跨接一個 二極管，為放電提供放電通路，對集成穩(wěn)壓器起到了分流保護(hù)作用。三端穩(wěn)壓器（ 780 781 7912）的輸出級接入兩個濾波電容，用于減小因?yàn)殡娫床▌訉ο到y(tǒng)造成的影響和濾波。整流可通過四個二極管進(jìn)行全波整流，也可以利用集成整流堆來進(jìn)行（同原理）。而該系統(tǒng)需要 +5V， +12V， 12V三種直流電源， 設(shè)計的電路 如圖 。為了降低信號輸出噪聲和平滑波形，在雙極性輸出后還增加了由兩個電容構(gòu)成的低通濾波器。在該電路中 LF356A1 為電流電壓轉(zhuǎn)換，為單極性輸出， LF356A2 運(yùn)算放大器，起反相求和作用，即 OP07 提供的參考電壓提供偏流 I1，與 LF356A1 輸出提供的偏流 I2相反。按照本設(shè)計要求，輸出方式采用雙極性輸出，其隨著輸入的數(shù)碼不同，輸出電壓可正可負(fù)。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 14 圖 DAC0832 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 雙極性輸出電路的設(shè)計 DAC0832 是電流型器件， 直接輸出的是電流信 號，為 能引至示波器，需 轉(zhuǎn)換成電壓輸出。 WR2和 XFEB 同時為低電平時 ， LE2為高電平，這時， 8 位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) WR2由低變高時， LE2變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的信息鎖存到 DAC 寄存器。此后，WR1由低變高時， ILE 變?yōu)榈碗娖?，此時，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中。 DAC0832 的內(nèi)部包括兩個 8 位寄存器、 1 個 8 位轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)輔助電路： 8位輸入寄存器為第一級鎖存器，它的鎖存信號為 ILE。 DAC0832 是一款常用的數(shù)摸轉(zhuǎn)換器，它的輸入數(shù)字量為 8位邏輯電平能與 TTL 兼容，參考電壓的工作范圍為 +10V～ 10V，具有直通 工作方式 、 單緩沖工作方式 、 雙緩沖工作方式三種工作方式。因?yàn)椴ㄐ蔚娘@示與波形的采集與存儲在管理上是分開的，即不管數(shù)據(jù)以何種速度寫入到存儲器中，存儲器中存儲的數(shù)據(jù)均以固定的速度不斷讀出，因而可獲得清晰穩(wěn)定的波形。 形成示波信號的電路核心是 D/A轉(zhuǎn) 換器 。上拉電阻一般取 2～ 10KΩ，本系統(tǒng)采用 8個 10KΩ的電阻。 本電路中除基本的連接外還在總線上安裝了上拉電阻，上拉電阻的安裝可以提高總線信號傳輸?shù)目煽啃?，另外還可以提高信號的高電平，也就提高了噪聲容限，這樣就提高了抗干擾的能力。 62256 寫入數(shù)據(jù)的過程是：選擇頁碼后，在 62256 芯片的 A0A12上加入要寫入的單元的地址；在 D0D7上加上要寫入的數(shù)據(jù)；使 CS1和 CS2同時有效；在 WE 上加上有效的低電平，此時OE 可為高也可為低。 “頁碼”確定后的尋 址范圍唯一地確定為 8000H9FFFH。 CS2可直接接高電平（ 5V）。 除同 62256 相接的 P2口地址線外，其余高位地址線共同通過一個譯碼器產(chǎn)生一個 CS1的片選信號（這種譯碼連接方式稱為全地址譯碼連接）。當(dāng) LE 保持低電平時，即輸入端數(shù)據(jù)變化也不會影響輸出端狀態(tài)，從 而實(shí)現(xiàn)了鎖存功能。目前常用的地址鎖存芯片有： 74HC27 74HC373 等，本設(shè)計電路中選擇 74HC373，74HC373 有三種工作狀態(tài)： (1) 當(dāng) OE為低電平， LE 為高電平時，輸出和輸入狀態(tài)相同，即輸出跟隨輸入。在對外部存儲器進(jìn)行讀 /寫操作時，地址要求保持不變，這 就需要適當(dāng)?shù)募拇嫫鞔娣诺刂?，這個外接的寄存器就稱為地址鎖存器。高 5 位由 P2口輸出，高 2 位和低 8 位由 P0輸出。 62256 包含地址線 15 條，數(shù)據(jù)線 8條， 2個片選端（ CS1=0， CS2=1才能選通芯片）一個寫允許 WE 端和一個輸出允許 OE端。圖 ，采用線性集成電路 LM324做信號比較器，當(dāng)正常電源供電時， LM324輸出高電平， CS2選通，數(shù)據(jù)存儲器可以在 CS1的控制下工作，當(dāng)電源斷電或電壓下降到 ,LM324輸出低電平 ,這樣數(shù)據(jù)存儲器不被選中 ,其數(shù)據(jù)也不會沖失 ,當(dāng)電源恢復(fù)正常時 ,數(shù)據(jù)存儲器可正常工作。然而在單片機(jī)在上電及斷電過程中，總線狀態(tài)的不確定性，往往使 RAM中某些數(shù)據(jù)變化，即數(shù)據(jù)受到了沖失。 2 數(shù)據(jù)存儲器 62256 的掉電保護(hù) 當(dāng) 系統(tǒng)中的 數(shù)據(jù)存儲器 設(shè)有掉電保護(hù)措施時，系統(tǒng)即使經(jīng)關(guān)機(jī)斷電后還能隨時再現(xiàn)原來的波形信號，這樣系統(tǒng)就具有記憶的功能。系統(tǒng)輸入八個通道，則需要 4 8KB。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。 數(shù)據(jù)存儲器的選擇與掉電保護(hù)電路的設(shè)計 1 數(shù)據(jù)存儲器的選擇 數(shù)據(jù)存儲器用來存儲程序運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，又被稱為隨機(jī)存儲器RAM。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)時可實(shí)現(xiàn)可靠的上電復(fù)位。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。這些噪聲雖然不會完全導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位，但有時會破壞 CPU 內(nèi)的程序狀態(tài)字的某些位的狀態(tài)，對控制產(chǎn)生不良的影響。 t== 103 22 106=13ms，則電路設(shè)計滿足復(fù)位要求。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。RST 引腳是復(fù)位輸入信號，高電平有效。同時，復(fù)位電路也是容易受干擾的敏感部位之一。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 （ 論文 ） 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 10 所示。本系統(tǒng)中需要并行輸入 /輸出口較多， AT89C51 有 4 個八位的并行 I/O 口，通過數(shù)據(jù)地址線的分時復(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 4KB 的程序，而本系統(tǒng)的程序初步估計為一千個字節(jié)左右，因此程序存儲器可滿足系統(tǒng)要求，并留有相當(dāng)大的剩余空間；方案中設(shè)計的顯示電路采用串行口方式連接，而 AT89C51 有一個全雙工串行口；另外設(shè)計中還用到了兩個中斷，而 AT89C51 有 6 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)， 所 以采用 AT89C51 單片機(jī)能滿足設(shè)計的要求。 控制器的選擇 在設(shè)計時選用了 ATMEL 公司的 8 位 Flash單片機(jī) AT89C51，其引腳圖 右圖 所示。鍵盤的檢測方式采用中斷查詢：當(dāng)有按鍵按下時，都會使與門輸出低電平，從而引起單片 機(jī)的中斷，單片機(jī)再判斷鍵號并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理。這樣就避開了按鍵按下時的抖動時間，而在檢測到按鍵釋放后，再延時 5～ 10 毫秒，消除后沿的抖動，然后對鍵值進(jìn)行處理。要使每次按鍵只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動，常用的去抖動的方法有兩種：軟件方法和硬件方法。 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。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 第三章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 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 PA1B2Q03Q14Q25Q36Q410Q511