【正文】 上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了由 PC 機(jī)端的 GUI 界面進(jìn)行波形顯示、存儲、頻譜分析，而且 PC 機(jī)端的 GUI界面主要利用 LabVIEW 來實(shí)現(xiàn)。硬件設(shè)計(jì)上，完成了原理圖的基本設(shè)計(jì)，并且畫了對應(yīng)的 PCB 圖，經(jīng)過調(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。 第 5 章 結(jié)論與展望 本章主要對整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程做出了總結(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。本設(shè)計(jì)的另一特點(diǎn)是對每個頻譜進(jìn)行了直接的顯示。對于三種波形，正弦波，三角波，方波進(jìn)行 比較可以對比顯示不同波形。 結(jié)論與分析 通過不斷地改進(jìn)本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了對信號的采樣，波形顯示，和頻譜分析。 分析：由于被測信號不對，或者采樣頻率過小問題。 解決：最終發(fā)現(xiàn)是硬件問題，沒有注意到加入直流信號，加入直流信號 后經(jīng)過調(diào)試出現(xiàn)完整圖形。 在 Labview 上呈現(xiàn)的波形沒有下半部分。由于不同波形對頻譜分析無影響，加之以上已經(jīng)可以說明不同波形的顯示情況，所以在對 1V 進(jìn)行測試時(shí)我們只測一種波形進(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. 被測信號 圖 423 4000HZ 1V 正玄波 調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案 在系統(tǒng)的調(diào)試過程中，產(chǎn)生的問題多種多樣。 具體測 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. 被測信號 以上是幅度 3V 頻率為 ,2020HZ,3000HZ,行測試。所以在幅度方面主要分 1V 和 3V 進(jìn)行了檢測。 調(diào)試結(jié)果 本設(shè)計(jì)在 LabVIEW 上對信號采集時(shí)主要對三種波形進(jìn)行了采集，方波，正玄波和三角波。 C8051F340 單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)方案如圖 42 所示： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 34 圖 42 C8051F340 硬件圖 檢測被測信號 運(yùn)用示波器檢測被測信號 ，驗(yàn)證三種波形的輸出正常。 硬件方面檢測 本設(shè)計(jì)是利用 C8051F340 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)信號采樣。具體檢測如下所示： 圖 41 USB通信測試圖 探 針 [1]表示檢測到與上位機(jī)相連的 USB 設(shè)備 1 個。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 調(diào)試方案 驗(yàn)證 USB 通信成功 在 LabVIEW 上檢測通信成功是要在后面板設(shè)置探針檢測線路是否聯(lián)通。 驗(yàn)證 LabVIEW 界面功 能 對 LabVIEW 界面的檢測實(shí)際是對上位機(jī)的整體檢測，通過 LabVIEW 界面信號顯示和頻譜的顯示進(jìn)而確保整個設(shè)計(jì)的初步成功。 驗(yàn)證 USB 通信 在運(yùn)用 LabVIEW 之前檢測自己設(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，為此我們必須先對其進(jìn)行 USB 通信成功的檢測，進(jìn)而保證后面實(shí)驗(yàn)的可行性。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 32 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 本章主要對調(diào)試目的、調(diào)試方案、調(diào)試過程與結(jié)果以及調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案 進(jìn)行詳細(xì)介紹。 周期均方根 —測量周期性輸入信號完整周期的均方根值。 峰峰值 —測量 信號 最高正峰和最低負(fù)峰之間的距離。 最大峰 —測量 信號 的最高正峰值。 平滑窗用于減緩有效信號中的急劇變化。 加窗 —在 信號 上使用 Low Side Lobe窗 。 直流 —采集 信號 的直流分量。下面是本次設(shè)計(jì)的波形圖標(biāo)部分 [17]。 創(chuàng)建波形（模擬波形） 函數(shù)可在圖表的 x 標(biāo)尺上劃分時(shí)間，并自動使用 x 標(biāo)尺刻度的正確間隔 。圖表將這些輸入作為單條曲線上的新數(shù)據(jù)。向圖表傳送數(shù)據(jù)的頻率決定了圖表重繪的頻率。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 歷史長度可配置緩沖區(qū)大小。下列前面板顯示了一個波形圖表的范例。 同理我們可以得到 USB讀寫延遲功能如下圖。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)。本設(shè)計(jì)用到的節(jié)點(diǎn)具體介紹如下。 USBXpress提供了 10個 USB主機(jī) API函數(shù)，具體如下： SI_Get NumDevices() 獲取 USB器件的序列號 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 SI_Get ProductString（） 獲取 USB器 件的產(chǎn)品描述信息 SI_Open（） 打開 USB器件 SI_Close（） 關(guān)閉 USB器件 SI_Read（） 讀 USB器件數(shù)據(jù)版 SI_Write（） 向 USB器件寫數(shù)據(jù)塊 SI_FlushBuffers（） 清楚 USB器件讀和寫隊(duì)列中的數(shù)據(jù) SI_Set Timeouts（） 設(shè)置 USB讀寫延時(shí) SI_Get Timeouts（） 獲取 USB讀寫延遲 SI_CheckRXQueue（） 獲取器件讀隊(duì)列中的數(shù)據(jù)的個數(shù) 在 Labview軟件編寫 GUI程序是可通過 Labview軟件中的 CLF節(jié)點(diǎn) (Labview 高級子模板中的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn) )調(diào)用 USBXpress提供的 USB主機(jī) API，以達(dá)到訪問 USB底層硬件的目的。本次設(shè)計(jì)程序框圖如下 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 圖 36后面板框圖 一 一般， Iabview 的上層應(yīng)用程序通過調(diào)用 USBXpress提供的 USB主 機(jī) API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對下層 USB硬件訪問的程序流程如圖 37所示。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。它的功能是對前面板上的控件進(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。這一界面上有 用戶輸入和顯示輸出兩類對象 ，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對象。 } } AD0INT = 0。 AD_flag1=0。 num++。 AD_flag2=1。 if(num=1500) { num=0。具體程序如下： void Adc_ConvComplete_ISR(void) interrupt 10 { if(AD_flag1==0) { Out_Packet1[num] = ADC0H。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)。 else Block_Write(Out_Packet2, 1500)。具體程序如下： while (1) { if(AD_flag2==1) { AD_flag2=0。 （ 1）端口初始化 Port_IO_Init1()。 將引腳分配給要使用的外設(shè)（ XBR0、 XBR XBR2）。 用端口輸出方式寄存器（ PnMDOUT）選擇所有端口引腳的輸出方式（漏極開路或推挽）。 本設(shè)計(jì)主要有端口初始化，定時(shí)器初始化， ADC 初始化，時(shí)鐘初始化。 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。 單 片 機(jī) 初 始 化 子 程 序 開 始看 門 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 看門狗定時(shí)器的初始化：通過對特殊寄存器 PCA0MD 的 WDTE 位將看門狗定西安工程大學(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 被用作看門狗定時(shí)器，若為 ?0?看門狗定時(shí)器被禁止。調(diào)用 AN169USB 通信庫函數(shù) USB_Int_Enable()。 RSTSRC |= 0x02。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)。 2. 處理 USB 總線的程序 代碼 USB_Clock_Start()。具體流程如下 : 圖 33下位機(jī)程序流程圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 主程序重要相關(guān)代碼注釋如下： 1. 禁止看門狗的程序代碼 PCA0MD amp。再進(jìn)行對信號的采樣和發(fā)送程序部分，本次設(shè)計(jì)主要采用的是采樣一組數(shù)據(jù)發(fā)送一組數(shù)據(jù)的流程。 下位機(jī)程序設(shè)計(jì) 下位機(jī)部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是對信號的采樣，主要兩部分，初始化，信號采樣并通過 USB 發(fā)送到 PC 機(jī)。主要是下位機(jī)的信號采樣和發(fā)送和上位機(jī)我頻譜顯示和分析程序框圖。 這里其實(shí)是本設(shè)計(jì)的最重要部分，在上位機(jī)上主要是利用 LabVIEW 的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)對波形的顯示和頻率的分析。 這里其實(shí)是一個中間環(huán)節(jié)，是將上位機(jī)和下位機(jī)連接到一塊的中介，通過對 USB 端口的設(shè)計(jì)將采樣后的信號發(fā)送到 PC 機(jī)上。 由于在下位機(jī)部分我們主要實(shí)現(xiàn)的功能是完成對信號的采樣和發(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。 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)信號的采樣及發(fā)送 部分和 上位機(jī)對信號的分析 部分 ， 具體 功能 描述如下 。 詳圖見附錄 II。 系統(tǒng)整體 PCB 圖設(shè)計(jì) 由 于本設(shè)計(jì)單片機(jī) C8051F340 的原理圖采用 Altium Designer Summer 09 軟件繪制。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。其次， 在設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理的圖時(shí)，最好能把系統(tǒng)分成幾個小模塊，分開去設(shè)計(jì)。在畫器件原理圖符號時(shí)沒必要把所有的管腳都一一畫出來，只要把用到的引腳畫出來則可 。 原理圖的設(shè)計(jì)是整個設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它決定了后面整個工作的進(jìn)展。 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)手冊上的典型電路； USB 的 1 引腳接單片 機(jī)的 REGIN 引腳 。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單易得，它所提供的功率不超過 ，最大輸出電流為 500mA，電壓一般為 5V177。 R327R127R21234U2USB 33pFC115pFC215pFC31uFC5C6VBUSD+DC4D+DVBUSREGIN1uFC7C8VDD 圖 26 USB通信電路 圖 26 中 C1~C6 的容值大小均參考數(shù)據(jù)手冊上的典型電路； USB 的 3 引西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 腳分別接單片機(jī)的 D+引腳和 D引腳 。 USB 具有可以 熱插拔 、攜帶方便、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、可以連接多個設(shè)備、安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、高帶寬、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn) ， 已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。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 14 針的接口，其硬件連接如圖 25 所示。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。F 的電容和 1KΩ 的電阻，時(shí)間常數(shù)為 1ms，滿足系統(tǒng)復(fù)位要求。F。此后 +5V 對電