【正文】 供電電路 一般的電源適配器提供的都是 5V 的電壓，但 C8051F340 必須使用 的電壓，所以需要用 LM1117 的電源芯片進(jìn)行 5V 到 的電壓轉(zhuǎn)換。其原理框圖如圖 23 所示。單片機(jī)復(fù)位引腳Reset 接收高電平進(jìn)行初始化；接收低電平，開始工作。單片機(jī)正常工作期間，復(fù)位引腳Reset 需要一直保持低電平。 為可靠完成復(fù)位，單片機(jī)要求 Reset 引腳施加的正脈沖脈寬不小于 2 個(gè)機(jī)器周期（ 2181。設(shè)計(jì)復(fù)位電路的要求就是確定電阻電容值，使其時(shí)間常數(shù)達(dá)到 2 個(gè)機(jī)器周期的復(fù)位最小正脈寬要求。s，要求加在 Reset 引腳的正脈寬不小于 2181。 當(dāng)單片機(jī)上電后，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔兙蜁?huì)使 RST 端瞬間產(chǎn)生一個(gè)大約為 +5V 的電壓，而 CMOS 單片機(jī)最小輸入高電平電壓 Umin=，它瞬間產(chǎn)生的電壓是大于 的，因此 RST 接收高電平進(jìn)行初始化。根據(jù)上述要求，本設(shè)計(jì) R23=10K， C 值取 10181。 C 1 00 . 1 u F111 u F+ 3 .3 VR S T / C 2 C KR E S E TS W P BR51KR61K 圖 24 復(fù)位電路 圖 24 所示電路中，在上電瞬間，由于電容的兩端電壓不可能突變，電阻R5 對(duì)電容進(jìn)行充電，充 電得時(shí)間常數(shù)一般由電容和電阻的乘積來(lái)決定，要求大于 5 個(gè)外部時(shí)鐘周期，有時(shí)為防止復(fù)位不完全，這些參數(shù)可選大一些，在本設(shè)計(jì)中采用 1181。按鍵閉合時(shí)，電容通過 R6 可進(jìn)行放電，使電容的壓降為 0，當(dāng)按鍵斷開時(shí)，電容充電的過程與上電復(fù)位類似。 JTAG 電路 當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，需要把在計(jì)算機(jī)上編譯并生成執(zhí)行的代碼下載到單片機(jī)芯片上，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試硬件和軟件。 C101uF111 23 45 67 89 10JTAG+GNDGND NCRST/C2CKC2DRESETSWPBC2DRST/C2CK+GND+NCNC1KR51KR6 圖 25JTAG 電路 USB 通信與供電電路 USB 通信電路 USB 采用四線 電纜 ，其中兩根是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的 串行 通道，另兩根為下游設(shè)備提供電源。本設(shè)計(jì)采用的是 接口。 電源電路 電源電路是為整個(gè)硬件系統(tǒng)提供能源的，它設(shè)計(jì)的好壞也關(guān)乎著系統(tǒng)能否正常工作。5%，這里的偏差可以通過接入旁路電容來(lái)消除。 系統(tǒng)硬件原理圖設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)單片機(jī) C8051F340 的原理圖采用 Altium Designer Summer 09 軟件繪制。因此正確設(shè)計(jì)原理圖非常的重要，一般為避免出錯(cuò)，所以在設(shè)計(jì)原理圖時(shí)候，應(yīng)該注意以下幾個(gè)問題：首先在畫原理圖之前，應(yīng)該根據(jù)用到的元器件去查看 PROTEL 的元器件庫(kù)里是否有，如過沒有，應(yīng)該先把這些元器件的原理圖符號(hào)先畫好。這樣一來(lái)可以節(jié)約時(shí)間，又可以能讓原理圖看起來(lái)更加的簡(jiǎn)潔。分模塊設(shè)計(jì)的最大好處就是簡(jiǎn)單明了一目了然。 本設(shè)計(jì)單片機(jī) C8051F340 的原理圖 詳見附錄 Ⅰ 。所以繪制 PCB 圖也采用 Altium Designer Summer 09 軟件。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 第 3章 軟件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)完成之后，需要編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，本章分 上位機(jī) 和 下位機(jī) 兩部分分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。 下位機(jī) 利用 C8051F340 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采樣及發(fā)送。 通過 USB 端口實(shí)現(xiàn)將采樣得到的信號(hào)發(fā)送到 PC 機(jī)上。 上位機(jī) 利用 LabVIEW 虛擬儀器設(shè)計(jì)一個(gè)示波器實(shí)現(xiàn)波形顯示和頻率分析。 軟件總體設(shè)計(jì) 軟件的設(shè)計(jì)在整個(gè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，該系統(tǒng)的軟件主要由主程序統(tǒng)領(lǐng)西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 下面的初始化程序和信號(hào)處理程序兩大板塊領(lǐng)導(dǎo)。 下位機(jī)軟件總體框圖 : 圖 31 下位機(jī)總體框圖 上位機(jī)軟件總體框圖 : 圖 32 上位機(jī)總體框圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì) 主程序統(tǒng)領(lǐng)各個(gè)子程序的工作，是程序設(shè)計(jì)的核心部分，也是難度比較大的一部分，所以必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求仔細(xì)推敲，保證設(shè)計(jì)思路的正確，為后面的子程序設(shè)計(jì)做好鋪墊，要在時(shí)序上安排好每個(gè)子程序的工作順序，保證各個(gè)子程序能夠更好的工作。 在設(shè)計(jì)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的工作流程，先進(jìn)入主程序，然后是對(duì) I/O 口， ADC,和定時(shí)器的初始化。主程序整個(gè)流程結(jié)束 ,依次循環(huán)執(zhí)行。= ~0x40。 這是 調(diào)用 AN169USB 通信庫(kù)函數(shù) USB_Clock_Start()。這是 調(diào)用 AN169USB 通信庫(kù)函數(shù) USB_Init（）完成 USB 總線使能 CLKSEL |= 0x02。 3. 使能 API 中斷程序代碼 USB_Int_Enable()。完成 API中斷使能 初始化 單片機(jī)初始化流程圖，如圖 22 所示。本設(shè)計(jì)需要初始化看門狗定時(shí)器而該對(duì)應(yīng)位的復(fù)位 值為 ?1?因此無(wú)需做修改。通過設(shè)置特殊寄存器CLKSEL 選擇時(shí)鐘為內(nèi)部乘法器時(shí)鐘。 端口 I/O 初始化包括以下步驟： 用端口輸入方式寄存器（ PnMDIN）選擇所有端口引腳的輸入方式（模擬或數(shù)字）。 用端口跳過寄存器（ PnSKIP）選擇應(yīng)被交叉開關(guān)跳過的那些引腳。 使能交叉開關(guān)（ XBARE = 1）。 （ 2）晶振初始化 Oscillator_Init()； （ 3） ADC 初始化 Adc_Init()； （ 4）定時(shí)器初始化 Timer_Init（）； 數(shù)據(jù)采集并通過 USB 發(fā)送 首先 對(duì)信號(hào)進(jìn)行一組采樣，將采樣后的一組信號(hào)通過 USB 發(fā)送到 PC 機(jī)。 if(AD_flag1==1) Block_Write(Out_Packet1, 1500)。 } } 本設(shè)計(jì)起初設(shè)計(jì)的采樣一個(gè)數(shù)據(jù)然后發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，然后再采樣一個(gè) 再發(fā)送西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 一個(gè)經(jīng)過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這樣做效率地而且效果不明顯。 完成最信號(hào)的 AD 轉(zhuǎn)換后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，考慮到時(shí)效性，我們采樣一組數(shù)據(jù)在通過 USB 進(jìn)行發(fā)送。 num++。 AD_flag1=1。 } } else { Out_Packet2[num] = ADC0H。 if(num=1500) { num=0。 AD_flag2=1。 } 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 前面板 前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器 面板，前面板直接面向用戶，是用戶使用虛擬儀器的基本操作面板。 本次設(shè)計(jì)前面板主要是實(shí)現(xiàn)波形顯示 ,和頻譜的顯示進(jìn)而與示波器進(jìn)行對(duì)比 .西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 前面板如下所示 : 圖 35 前面板圖 后面板 后面板是程序框圖板塊 ,程序框圖提供 VI 的圖形化源程序。在程序框圖中存在著對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出。如果將 VI 與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而流程圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。 程 序 開 始調(diào) 用 用 戶 上 層 應(yīng) 用 程 序進(jìn) 行 U S B 通 信 嗎 ？調(diào) 用 S I G e t N u m D e v i c e s 0 和 S I _ G e t P r o d uc t S t r i n g 0 ， 獲 取 U S B 器 件 相 關(guān) 信 息設(shè) 置 U S B 總 線 延 遲調(diào) 用 S I _ O p e n O ， 打 開 U S B 器 件調(diào) 用 S I R e a d 0 ， 讀 U S B 器 件 數(shù) 據(jù) 塊 ： 或 者 調(diào) 用S I W r i t e 0 ， U S B 器 件 寫 數(shù) 據(jù) 塊 U S B 通 信 完 成 嗎 ? 調(diào) 用 S L C l o s e 0 ， 關(guān) 閉 U S B 器 件程 序 結(jié) 束NYNY 圖 37后面板流程圖 借助 USBXpress提供的 USB主機(jī) API，即 USBX—press安裝目錄下的SiUSBXp． dll，可以簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)在 PC機(jī)上通過 Labview軟件編寫的 GUI程序與作為 USB器件的 C8051F340單片機(jī)的 USB通信?，F(xiàn)以實(shí)現(xiàn) USB主機(jī) API函數(shù)中的 SI—GetNumDevices()函數(shù)為例，具體說(shuō)明在 LabVIE軟件中如何實(shí)現(xiàn)對(duì) USB API函數(shù)的調(diào)用。 圖 37函數(shù)調(diào)用 在“庫(kù)名置 USB主或路徑”框中設(shè)機(jī) API函數(shù)的封 裝庫(kù) SiUSBXp． dll的路徑，然后在“函數(shù)名”下拉菜單中選擇當(dāng)前想要調(diào)用的 SI～ GetNumDevices()函數(shù)，在“線程”框中選擇“在 UI線程中運(yùn)行”，在“調(diào)用規(guī)范”框中選“ stdcall(wINAPI)”，最后在“參數(shù)”菜單中進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。這樣 Labview的上層應(yīng)用程序就可以通過調(diào)用這個(gè)庫(kù)函數(shù)節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取 USB器件的序列號(hào)信息。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 圖 38 USB讀寫延遲 打開 USB圖如下： 圖 39 打開 USB器件 向 USB器件寫數(shù)據(jù)模塊： 310 向 USB器件寫數(shù)據(jù)塊 波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。波形圖表會(huì)保留來(lái)源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。波形圖表的默認(rèn) 圖表歷史長(zhǎng)度 為 1,024 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。 在波形圖表中顯示單條曲線如一次向圖表傳遞一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)值，LabVIEW 會(huì)將這些數(shù)據(jù)作為圖表上的點(diǎn)，從 x=0 開始以 1 為增量遞增 x 索引。波形圖表接收 波形數(shù)據(jù)類型 ，該類型包含了波形的數(shù)據(jù)、起始時(shí)間和時(shí)間間隔 (△ t)。在指定了 t0 和單元素 Y 數(shù)組的波形中，各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)均擁有時(shí)間標(biāo)識(shí)，因此適用于繪制非均勻采樣的數(shù)據(jù)。 圖 312波形圖表 幅值和電平測(cè)量 。 均方根 —計(jì)算 信號(hào) 的均方根值 。勾選直流或均方根復(fù)選框時(shí)，才可使用該選項(xiàng)。如采集到的周期 數(shù)是整數(shù)或?qū)υ肼曌V進(jìn)行分析，則通常不在信號(hào)上使用窗 。 最小峰 —測(cè)量 信號(hào) 的最低負(fù)峰值。 周期平均 —測(cè)量周期性輸入信號(hào)完整周期的平均電平。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 程序代碼 本設(shè)計(jì)中的 單片機(jī) 程序代碼在 Keil uVision4環(huán)境下編寫，具體程序代碼分別見附錄 V。 調(diào)試目的 本系統(tǒng)的調(diào)試主要進(jìn)行軟件的調(diào)試，同時(shí)通過測(cè)試硬件系統(tǒng)驗(yàn)證系統(tǒng)性能的物理可行性。 驗(yàn)證被測(cè)信號(hào)功能 被測(cè)信號(hào)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，是我們應(yīng)該首先保證的環(huán)節(jié)，通過示波器我們首先要保證三種被測(cè)信號(hào)的正常使用，為后面信號(hào)分析形成對(duì)比部分。 整體調(diào)試 對(duì)整體調(diào)試，去驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)，看是否達(dá)到設(shè)計(jì)之初的設(shè)計(jì)要求，并且通過整體的調(diào)試，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化，工作起來(lái)更順暢無(wú)阻。本次檢測(cè)是運(yùn)用四個(gè)探針對(duì)主要線路進(jìn)行檢測(cè)。 探針 [2]表示 USB 設(shè)備被成功返回的句柄，該句柄將用于后面的 API 調(diào)用。因?yàn)?340 單片機(jī)體積小、價(jià)錢便宜、片上外設(shè)資源豐富。檢測(cè)圖如下： 圖 43 波形顯示 整體調(diào)試 首先將整個(gè)系統(tǒng)搭建起來(lái)，檢測(cè)線路 的完整，最后進(jìn)入最終的檢測(cè)環(huán)節(jié)，在被測(cè)信號(hào)上設(shè)置一定的幅度和頻率，然后打開電源觀察 Labview 界面的波形與示波器的波形進(jìn)行對(duì)比，若兩波形基本相同說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試成功。由于本次設(shè)計(jì)的目的是對(duì)其頻率和幅度進(jìn)行分析。在頻率方面我們主要分五個(gè)頻段進(jìn)行了具體分析和說(shuō)明，五個(gè)頻段主要是 500HZ,1000HZ,20xxHZ,3000HZ,。對(duì)不同頻率的信號(hào)與被測(cè)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比。下面就對(duì)主要問題進(jìn)行分析，對(duì)相應(yīng)的解決方法作簡(jiǎn)單的闡述。 分析：這個(gè)問題主要是由于硬件問題引起的，故先要檢查硬件。 剛開始就出現(xiàn)波形失真。 解決：在檢查過程中發(fā)現(xiàn)是被測(cè)信號(hào)的頻率給的過大，所以輸送小頻率信號(hào)得到完整信號(hào)。通過對(duì) 500HZ,1000HZ,20xxHZ,3000HZ,行測(cè)試，可以很明顯看出當(dāng)頻率超過 20xxHZ時(shí)波形出現(xiàn)失真，當(dāng)頻率 4000HZ時(shí)西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 37 波形已經(jīng)完全失真。對(duì) 1V和 3V的對(duì)比分析不同幅度的波形。最終通過不斷地改進(jìn)完成了這次設(shè)計(jì)的所有要求。 結(jié)論 在下位機(jī)上，完成了對(duì)信號(hào)的采樣，并通過 USB 發(fā)送到 PC 機(jī)上。在軟件上，針對(duì)設(shè)計(jì)初期所定的要求，實(shí)現(xiàn)了硬件的基本功 能。在 LabVIEW 界面上我們實(shí)現(xiàn)了正弦波，三角波，方波，而且顯示了他們