【正文】 +5V 對(duì)電容 C 充電導(dǎo)致 RST 端電壓迅速下降使它變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)開始工作。s。本設(shè)計(jì)中晶振頻率 fosc=12MHz 時(shí)，機(jī)器周期T=1181。s）。工作過程中引腳 Reset 一旦接收到一個(gè)正脈沖，就會(huì)再次進(jìn)行復(fù)位啟動(dòng)。也就是說單片機(jī)接收正脈沖開始復(fù)位，在正脈沖的下降沿啟動(dòng)單片機(jī)。Vin VoutGNDU1 C2C4LED1234P1USB 33pFC515pFC615pFC7VBUSD+D10uFC11uFC3+1 23 45 6P2( 電源開關(guān)按鍵 1)+5VDD+GND+5VR427R227R31KR1GND++ 圖 23 C8051F340供電電路 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位包括初始化和從頭開始工作這樣連續(xù)的兩步。其中的 D+、 D_分別要接到單片機(jī)的 9 引腳。其原理圖如圖 22 所示。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 C 8 0 5 1 F 3 4 0U S BP C 機(jī)供 電 電 路 復(fù) 位 電 路J T A G時(shí) 鐘 電 路被 測(cè) 信 號(hào) 圖 21系統(tǒng)總體功能流程圖 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì) 本小節(jié)主要介紹硬件電路中各自包含的大小模塊的具體電路及電路中個(gè)元器件的選擇等。該模塊主要包括供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 JTAG 電路。 硬件功能主要是搭建下位機(jī)的 C8051F340 單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。 硬件功能描述 硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是軟件運(yùn)行的平臺(tái)。本章主要對(duì)測(cè)試系統(tǒng)硬件的功能、測(cè)試系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)、測(cè)試系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 第五章是系 統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論與展望，在這一章中，結(jié)論對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果作了簡(jiǎn)單的總結(jié)，展望則根據(jù)系統(tǒng)中存在的不足提出了一些相應(yīng)的改進(jìn)的方法 。主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分具體進(jìn)行了說明。 第二章是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的介紹，包括了 C8051F340 硬件的功能描述和硬件的總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。驗(yàn)證 LabVIEW 界面功能對(duì) LabVIEW 界面的檢測(cè)實(shí)際是對(duì)上位機(jī)的整體檢測(cè)，通過 LabVIEW 界面信號(hào)顯示和頻譜的顯示進(jìn)而確保整個(gè)設(shè)計(jì)的初步 成功。在運(yùn)用 LabVIEW 之前檢測(cè)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(duì)其進(jìn)行 USB 通信的檢測(cè)，進(jìn)而保證后面實(shí)驗(yàn)的可行性。如今LabVIEW 已應(yīng)用到航空、電子、通信、工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。 LabVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)）是美國 NI（ National Instrument Company）公司推出的一種基于G 語言的虛擬軟件開發(fā)工具，虛擬儀器是有用戶定義，這種 “軟件即儀器 ”的思想增強(qiáng)了虛擬儀器的靈活性和可擴(kuò)展性 [15]。另外重要的一點(diǎn)是 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。用過匯編語言后再使用 C 來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 本次所用示波器如下圖 : 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 圖 17示波器 軟件環(huán)境 1.、 單片機(jī)開發(fā)軟件 Keil C51 簡(jiǎn)介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。它是觀察數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)中的問題、測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果必不可少的重要儀器。萬用表和邏輯筆使用方法比較簡(jiǎn)單，而邏輯分析儀和存儲(chǔ)示波器目前在數(shù)字電路教學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用還不十分普遍。在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，需要使用若干儀器、儀表觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果。 C8051F340/1/2/3/4/5/6/7采用 48腳 TQFP封裝或 32腳 LQFP封裝。對(duì)于 USB通信，電源電壓最小值為。 每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃ 到 +85℃ ）內(nèi)用 。在使用 C2進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。 片內(nèi) Silicon Labs二線（ C2）開 發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。 FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051固件。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 多達(dá) 40個(gè)端口 I/O（容許 5V輸入） 。 具有 5個(gè)捕捉 /比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的 可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列（ PCA） 。 多達(dá) 4352字節(jié)片內(nèi) RAM（ 256+4KB） 。 精確校準(zhǔn)的 12MHz內(nèi)部振蕩器和 4倍時(shí)鐘乘法器 。 片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和和溫度傳感器 。 電源穩(wěn)壓器 。 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 。下面列出了一些主要特性 [7] 。通過以上設(shè)計(jì)系統(tǒng)構(gòu)架框圖如圖 13如所示。下面將對(duì)系統(tǒng)的硬件構(gòu)架和軟件開發(fā)環(huán)境作已簡(jiǎn)單介紹。 上位機(jī)上 PC機(jī)端的 GUI界面主要利用 LabVIEW做成虛擬示波器，進(jìn) 行波形顯示、頻譜分。 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能 在本設(shè)計(jì)中需要能夠?qū)崿F(xiàn)功能如下： 下位機(jī)上利用 C8051F340單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的采樣。 在 VI設(shè)計(jì)過程中，可以利用工具選板、前面板中的控件選板、程序框圖中的函數(shù)選板進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)。在許多情況下，使用 VI可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的標(biāo)準(zhǔn)儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無幾。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 [17]。它的功能是對(duì)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(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。所有的 VI，它包括前面板、程序框圖圖以及圖標(biāo) /連結(jié)器三部分。因此對(duì) USB通信開發(fā)來說，要做的僅僅是USB主機(jī)和 USB器件的具體應(yīng)用程序開發(fā)，以及 API函數(shù)的直接調(diào)用。 USBXpress開發(fā)套件提供的各種軟件庫通過一系列函數(shù)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)端和 PC機(jī)端的應(yīng)用程序接口(API)。 U S B X p r e s s 主 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)U S B X p r e s s 器 件 驅(qū) 動(dòng)應(yīng) 用 程 序A P I應(yīng) 用 程 序P C 機(jī)單 片 機(jī) 圖 12 USB通信原理圖 由于有了 Silicon Laboratories公司提供的 USBX—press的開發(fā)套件，上述驅(qū)動(dòng)以及應(yīng)用程序的編寫變得極為簡(jiǎn)便。顯然，要完成 USB 通信需要 PC 機(jī)端 (USB 主機(jī) )與 C805IF340 單片機(jī)端 (USB器件 )共同協(xié)作。 USB 外設(shè)開發(fā)除了硬件設(shè)計(jì)外，大部分工作集中在固件編程和 PC 機(jī)端驅(qū)動(dòng)程序以及用戶應(yīng)用程序的開發(fā)上。 LabVIEW 將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個(gè)環(huán)境中，讓開發(fā)人員可以在自己的平臺(tái)上無縫地集成一套完整的應(yīng)用方案 [4] 。 LabVIEW 是一個(gè)具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境。它包含高速流水線的 8051 兼容微控制器核，運(yùn)行速率可以高達(dá) 48 MIPS； 64 KB 的芯片內(nèi)建閃存與 5 376 字節(jié)的 RAM，片上外設(shè)引腳可以軟件配置， 70 的指令可以在 1 個(gè)或 2 個(gè)機(jī)器周期中執(zhí)行； USB 功能控制器具有完整的 USB 2． 0 認(rèn)證，支持全速與低速操作，可以用于大多數(shù) USB 外設(shè)設(shè)計(jì)。簽于此，應(yīng)用包含片上 USB 控制器的 C8O51F340 單片機(jī)和進(jìn)行 PC 機(jī)端 GUI 用戶應(yīng)用程序開發(fā)的 LabVIEW 軟件為基礎(chǔ)的一種基于 API 實(shí)現(xiàn) USB 通信的開發(fā)方法，從而了解和熟悉 USB 外設(shè)的 API 開發(fā)方法。采樣定理在數(shù)字式遙測(cè)系統(tǒng)、 時(shí)分制遙測(cè)系統(tǒng) 、信息處理、數(shù)字通信和采樣控制理論等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用 [3]。 1948 年信息論的創(chuàng)始人 明確地說明并正式作為定理引用，因此在許多文獻(xiàn)中又稱為 香農(nóng)采樣定理 。采樣定理是 1928 年由 美國 電信工程師 ，因此稱為奈奎斯特采樣定理。 1924 年 奈奎斯特 (Nyquist)就推導(dǎo)出在 理想低通信道 的最高 碼元傳輸速率 的公式 : 理想低通信道的最高碼元傳輸速率 B=2W Baud (其中 W 是理想 ) 圖 11模擬采樣示意圖 采樣定理： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 理想信道的極限信息速率（信道容量） C = B * log2 N ( bps ) 采樣過程所應(yīng)遵循的規(guī)律，又稱 取樣定理 、抽樣定理。另外， V. A. Kotelnikov 也對(duì)這個(gè)定理做了重要貢獻(xiàn)。 E. T. Whittaker(1915 年發(fā)表的統(tǒng)計(jì)理論 ),克勞德 然后細(xì)化到每個(gè)模塊的方案如何選擇，最后根據(jù)設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了整個(gè)論文的章節(jié)安排。第五章是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)論與展望，本章對(duì)結(jié)論作了詳細(xì)的說明 ,展望是對(duì)于本次設(shè)計(jì)中的問題提出了一些個(gè)人見解 。第三章是系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，針對(duì)對(duì)系統(tǒng)軟件的功能、總體設(shè)計(jì)和各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)作詳細(xì)的介紹。第一章提出設(shè)計(jì)中的一些基本原理和相關(guān)硬件、軟件的基本介紹。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 針對(duì)以上現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)提出以下方案：總體設(shè)計(jì)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)主要是利用 C8051F340單片機(jī)對(duì)信號(hào)采樣并將得到的信號(hào)通過 USB接口發(fā)送給 PC 機(jī)，上位機(jī)主要是由 PC 機(jī)端的 GUI 界面進(jìn)行波形顯示、頻譜分析，而且 PC 機(jī)端的 GUI 界面主要利用 LabVIEW 來實(shí)現(xiàn)。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。因此， LabVIEW 是 一個(gè)面向最終用戶的工具。 LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。 LabVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面?；?LabVIEW 的虛擬信號(hào)波形顯示分析器具有機(jī)交互性好、易于操作等特點(diǎn)，能夠廣泛的應(yīng)用與于科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域 [1]。 LabVIEW作為一個(gè)圖形化編程軟件，是開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)的一種功能強(qiáng)大、方便快捷的編程工具。目前 ， 該開發(fā)軟件在國際測(cè)試、測(cè)控行業(yè)比較流行 ,在國內(nèi)的測(cè)控領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。虛擬儀器以軟件為核心 ， 其軟件又以美國 NI公司的 LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)最為常用。虛擬儀器是指 :利用現(xiàn)有的 PC 機(jī)，加上特殊設(shè)計(jì)的儀器硬件和專用軟件 ， 形成既有普通儀器的基本功能 ， 又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。 關(guān)鍵詞 ： C8051F340，頻譜分析， LabVIEW， PC 機(jī)， USB 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) ABSTRACT Traditional oscilloscope function pletely dependent on hardware implementation with single function and the high cost of maintenance, it is more important function cannot change once established. Using the LabVIEW virtual instrument is made of the virtual technology, puter technology, bus technology, and software technology closely together. It use puter powerful digital processing ability realize the instrument most of the functions, breaking the traditional instruments of the framework, formed a new instrument mode. To this end, this paper presents a low frequency analog signal display analyzer design. Low frequency analog signal analyzer design is mainly divided into two parts of the upper mac