【正文】 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。 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。 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) 7 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 :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。同時(shí)在這級(jí)后面還采用穩(wěn)壓管 D2設(shè)計(jì)了電平變換級(jí)，以適用單片機(jī)的接口，同時(shí)此級(jí)還可保護(hù)比較器 U2。同步觸發(fā)電路選用運(yùn)算放大器構(gòu)成的電平比較器來實(shí)現(xiàn)，如圖 。 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:872 AL F 3 5 6I N P U TO U T P U T 圖 緩沖器 同步觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 為了保證采樣所得數(shù)據(jù)的真實(shí)有效，必須要求采樣的時(shí)間與輸入信號(hào)存在的期間同步，該同步信號(hào)由 同步觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)。 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) 6 圖 A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖 緩沖器的選擇 緩沖器主要用于提升本系統(tǒng)的輸入阻抗，選用運(yùn)算放大的同相輸入電壓跟隨電路，同時(shí)考慮到信號(hào)帶寬的要求，選用寬帶低噪聲器 LF356（單位增益帶寬為5MHZ），采用此電路滿足信號(hào)帶寬的要求，同時(shí)將輸入阻抗提升到 1000MΩ以上。轉(zhuǎn)換結(jié)束，控制電路立即輸出一個(gè)低電平作為結(jié)束信號(hào)。如此經(jīng)過 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖，就將逐次逼近寄存器的八位確定下來。若VoVi，比較器輸出負(fù)電平，控制電路據(jù)此就會(huì)清除逐次逼近寄存器 中的最高位；若 VoVi，則比較器輸出高電平，控制電路使最高位的 1 保留下來。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器其原理電路如圖 。針對(duì)本課題的要求，選用 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，并內(nèi)帶 8 路模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及相應(yīng)的通道地址鎖存及譯碼電路，并帶有數(shù)據(jù)鎖存器的ADC0809。設(shè)計(jì)中采用自頂向下的方法，把系統(tǒng)電路按功能模塊分為四部分：輸入電路、鍵盤顯示電 路、控制 存儲(chǔ) 電路和輸出 電路 。當(dāng)然在設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)模塊也不是完全獨(dú)立，在每一步的設(shè)計(jì)中均需要綜合考慮系統(tǒng)的性能，同時(shí)在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件時(shí)便著手軟件的設(shè)計(jì)，注意了軟硬件的配合。軟件的設(shè)計(jì)也按模塊劃分為： 主程序設(shè)計(jì)和鍵盤掃描子程序的設(shè)計(jì)、 A/D 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)、 D/A 轉(zhuǎn)換子程序的設(shè)計(jì)、 LED 顯示子程序的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 子程序和延時(shí)子程序的設(shè)計(jì)。根據(jù) 系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)框圖，設(shè)計(jì)時(shí)將硬件分為四部分：輸入電路、鍵盤顯示電 路、控制存儲(chǔ) 電路和輸出電路。 ： 緩慢變化的信號(hào)，先經(jīng)慢速的 A/D采樣，然后再以幾倍的速度進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換，使信號(hào)波形的時(shí)間軸得以壓縮，壓縮的效果等效于示波器掃描速度的減小，使通用示波器具備觀察變化慢的信號(hào)的功能。 為 了 使呈現(xiàn)在示波器屏幕上的波形清晰無閃爍， D/A轉(zhuǎn)換必須足夠快。在中斷處理中保存采樣數(shù)據(jù)。同時(shí)信號(hào)的采樣次數(shù)和存儲(chǔ)地址的分配也要求合理設(shè)計(jì)。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖 被測(cè)信號(hào)的采樣、存儲(chǔ)和 重現(xiàn)信號(hào)波形 過程如下： 、存儲(chǔ) 輸入的被測(cè)信號(hào)的大小是一個(gè)可變化的值，在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換前，信號(hào)通 過調(diào)理，以適合 A/D轉(zhuǎn)換器。 系統(tǒng)功能分析 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)的主要工作為被測(cè)信號(hào)的采樣、存儲(chǔ)和 重現(xiàn)信號(hào)波形 。設(shè)計(jì)中采用自頂向下的方法，先確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，再將系統(tǒng)劃分為幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 3 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本 系統(tǒng) 利用微機(jī)控制技術(shù)和數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)，用于記錄如溫度、濕度等緩慢變化信號(hào)的波形。 2. 測(cè)試、實(shí)驗(yàn)中對(duì)測(cè)試對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)的波形記錄與分析是測(cè)試與實(shí)驗(yàn)的重要手段和對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要依據(jù)； 3. 科研 工作常常依賴波形記錄儀記錄、收集信息；事故分析更是離不開波形記錄儀提供的依據(jù)。通過信號(hào)采集，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等過程將波形存儲(chǔ)，通過接入示波器使波形得以復(fù)現(xiàn)。 目前，市場(chǎng)上的波形記錄器大多采用 CPLD、 FPGA 等可編程器件作為核心部件實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字存儲(chǔ)，同時(shí)外帶友好的人機(jī)交互界面，采用 LCD 顯示，但隨之而來的是成本的快速 上升，市場(chǎng)價(jià)格昂貴，不適合廣泛運(yùn)用。目前許多虛擬儀器已 經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大部分的波形記錄器功能，同時(shí)虛擬波形記錄器的存儲(chǔ)空間更 大。其主要方向是提高采樣頻率，如采用更高精度的 A/D轉(zhuǎn)換器件；提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化速率以及多樣的觸發(fā)功能電路，如采用復(fù)雜的可編程邏輯器件或現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列等可編程器件作為核心部件實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字 的 存儲(chǔ)。對(duì)記錄儀的性能要求不斷提高，促使技術(shù)不斷的進(jìn)步，而微控技術(shù)的出現(xiàn)為數(shù)字式波形記錄儀的發(fā)展帶來了新的生機(jī)。而波形記錄儀廣泛用于工業(yè)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘測(cè)等方面。本章主要介紹了 波形記錄的 背景與研究現(xiàn)狀、 課題意義 。 Practicability 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 目 錄 1 目 錄 摘要 ............................................................................................................................ Ⅰ ABSTRACT...................................................................................................................... Ⅱ 第 1 章 緒 論 ............................................................................................................ 1 課題背景與研究現(xiàn)狀 ................................................................................... 1 課題的意義 ................................................................................................... 2 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ................................................................................................ 3 系統(tǒng)功能分析 ............................................................................................... 3 總體設(shè)計(jì)思想 ............................................................................................... 4 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .............................................................................................. 5 輸入電路的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 5 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 ............................................................................... 5 緩沖器的選擇 ...................................................................................... 6 同步觸發(fā)電路設(shè)計(jì) ............................................................................... 6 程控基準(zhǔn)電源設(shè)計(jì) .............................................................................. 7 顯示電路設(shè)計(jì) ............................................................................................... 7 鍵盤接口電路 ............................................................................................... 8 按鍵的消抖問題 ................................................................................... 8 鍵盤與單片機(jī)的接口電路的設(shè)計(jì) ....................................................... 8 控制和存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì) .................................................................................. 9 控制器的選擇 ....................................................................................... 9 單片機(jī)晶振電路的設(shè)計(jì) ....................................................................... 9 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 10 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇與掉電保護(hù)電路的設(shè)計(jì) ..................................... 11 單片機(jī)與 62256 的接口電路的設(shè)計(jì) ................................................ 12 輸出電路的設(shè) 計(jì) ............................................................................................ 13 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 ............................................................................. 17 雙極性輸出電路的設(shè)計(jì) .................................................................... 18 電源電路的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 1