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1、毕 业 设 计（论 文）题目：单片机波形记录器 Title: Chip waveform recorder学生姓名:专 业: 学 号: 指导教师: 2012年6月GRADUATIONDESIGN(DISSERTATIONS)English Title: Chip waveform recorder Name: FuKailiang Student number: 08061239 Teacher: LiHongjun Professional: ElectronicJune In 2012摘 要 波形记录在教学科研和地质勘测等方面有着广泛的应用。波形的记录也方便我们后期对图形的分析和运算，频谱
2、的分析，曲线相关性分析等操作。通用电子示波器价格低廉 ,是我们配备的常规仪器 ,但不具备信号记录功能 ,因此 ,设计一种信号波形记录器 ,使之能与通用电子示波器结合 ,用来观测非重复性信号波形 ,是很有实际意义的。本论文是基于单片机而设计的波形记录器，波形存储系统配备了A/D转换器、数据存储器、采用双极性输出的D/A转换器等器件。系统有八个输入通道，采用分区储存波形。同时给外部数据存储器配置了掉电保护电路，可长期保存数据。设计中采用自顶向下的方法，系统共有四个功能模块：输入电路、键盘和显示电路、控制和存储电路以及输出电路。该设计使波形记录与通用电子很好的结合在一起,具有很强实用性。关键词：单片
3、机；波形记录；实用性ABSTRACT The waveform recording has been widely used in the teaching scientific research, the geological research and so on. Waveform recording is also convenient for our later on graphical analysis and calculation, spectrum analysis, correlation analysis and other operation curve. Univers
4、al electronic oscilloscope low prices, we are equipped with conventional instruments, but does not have the signal recording function, therefore, to design a signal waveform recorder, which can combine with general electronic oscilloscope, to observe the non repetitive signal waveform, is of great p
5、ractical significance. This paper is based on the single chip microcomputer and the design of the waveform recorder, waveform storage system equipped with a A/D converter, data memory, using bipolar output prosperity D/A converter device. The system has eight input channels, using partition stored w
6、aveform. At the same time to the external data memory configured to drop the electricity protection circuit, can be long-term preservation of data. The design of using top-down method, the system has four modules: input circuit, keyboard and display circuit, control circuit and the storage circuit a
7、nd an output circuit. The design enables the waveform record and electronic together well, has the very strong practical.Keywords: Single chip microcomputer; Waveform recording; Practicability 目 录摘要 ABSTRACT 第1章 绪 论11.1 课题背景与研究现状11.2 课题的意义2第2章 系统总体设计32.1 系统功能分析32.2 总体设计思想4第3章 系统的硬件设计53.1 输入电路的设计53.1
8、.1 A/D转换器的选择53.1.2 缓冲器的选择63.1.3同步触发电路设计63.1.4 程控基准电源设计73.2 显示电路设计73.3 键盘接口电路83.3.1按键的消抖问题83.3.2键盘与单片机的接口电路的设计83.4控制和存储电路的设计93.4.1控制器的选择93.4.2单片机晶振电路的设计93.4.3 单片机复位电路的设计103.4.4数据存储器的选择与掉电保护电路的设计113.4.5 单片机与62256的接口电路的设计123.5输出电路的设计133.5.1数摸转换器的选择133.5.2 双极性输出电路的设计143.6 电源电路的设计15第4章 系统的软件设计164.1数据的定义与
9、存储器的分配164.2 主程序的设计174.2.1 键盘扫描中断子程序174.2.2 A/D转换子程序的设计204.2.3 D/A转换子程序的流程图204.3 软件抗干扰措施21结 论23参考文献24致 谢25附录一：源程序26附录二 总电路图37第1章 绪 论在实际的生产、科研等过程中,数据采集，数据压缩存储，波形分析与统计，图形绘制，频谱分析，波形组合运算，谐波分析，有效值计算，功率计算，三相对称性分析等对于工作的研究很重要，而所有这些必须建立在波形记录的前提下,传统的波形记录仪器,不是时间效率较差,就是价格昂贵,要求较高的购买力,难以满足一般的用户需要。再如科研工作常常依赖波形记录仪记录
10、、收集信息。本章主要介绍了波形记录的背景与研究现状、课题意义。1.1 课题背景与研究现状随着微电子技术应用的迅猛发展，人们开始利用微处理器的数据存储和数据处理能力，并使之与A/D转换技术相结合来研制功能强大、结构轻巧、使用灵活方便、数据处理能力强的新型波形记录仪。而波形记录仪广泛用于工业监测、地质勘测等方面。如导弹飞行记录器用来记录导弹的运行状况，为导弹的评估好坏提供重要的数据；心电记录仪用于记录人体有异常感受时的心电图，为医生的诊断带来方便；在野外测图时，必须带有电子记录器，用于地形空间数据的采集；气象站需要自动记录降水的记录器，广泛用于汽车，飞机，轮船上的各种黑匣子也是记录器的一种；在地震
11、的预测中也离不开波形记录仪。对记录仪的性能要求不断提高，促使技术不断的进步，而微控技术的出现为数字式波形记录仪的发展带来了新的生机。 目前，国内的高性能的波形记录器的研究主要在信息数据采集及处理和数模信号的转换电路方面。其主要方向是提高采样频率，如采用更高精度的A/D转换器件；提高数据转化速率以及多样的触发功能电路，如采用复杂的可编程逻辑器件或现场可编程门阵列等可编程器件作为核心部件实现高速数字的存储。另一方面，采用计算机与软件结合的方法设计虚拟波形记录器。目前许多虚拟仪器已经可以实现大部分的波形记录器功能，同时虚拟波形记录器的存储空间更大。但是由于受到计算机接口总线速度的影响，其性能也受到一
12、定的限制。 目前，市场上的波形记录器大多采用CPLD、FPGA等可编程器件作为核心部件实现高速数字存储，同时外带友好的人机交互界面，采用LCD显示，但随之而来的是成本的快速上升，市场价格昂贵，不适合广泛运用。针对目前国内缺少结构简单，功能适中，造价低的波形记录器的情况，本文设计了一基于51系列单片机控制的单片机波形记录器，用于记录如温度、湿度等缓慢变化信号波形。通过信号采集，数据转换等过程将波形存储，通过接入示波器使波形得以复现。1.2 课题的意义波形的记录和分析是许多实际工作的基础：1. 波形记录仪器是生产、科研和工程调试等工作必备的工具。 2. 测试、实验中对测试对象的运行状态的波形记录与
13、分析是测试与实验的重要手段和对实验结果进行评价的重要依据；3. 科研工作常常依赖波形记录仪记录、收集信息；事故分析更是离不开波形记录仪提供的依据。因此该课题的设计具有实际意义，通过设计可以提高独立分析问题和解决问题的能力；可以培养创新意识和创新能力；可以增强个人理论分析、实验研究、文献查阅、计算机运用和文字表达等方面的能力；可以加深自己对理论知识的理解，以及实际操作的经验。第2章 系统总体设计本系统利用微机控制技术和数字存储技术，用于记录如温度、湿度等缓慢变化信号的波形。它首先对模拟信号进行采样获得相应的数字信号并存储，存储器中储存的数据可用来在示波器的屏幕上重现信号波形，从而获得所需要的各种
14、信号参数。设计中采用自顶向下的方法，先确定系统的设计方案，再将系统划分为几个模块设计。本章主要介绍了系统设计的主要功能，设计方案的确定和设计的主要思想。2.1 系统功能分析根据系统设计的要求，系统的主要工作为被测信号的采样、存储和重现信号波形。系统的结构功能图如图2.1所示。图2.1 系统结构功能图被测信号的采样、存储和重现信号波形过程如下： 1.被测信号的采样、存储 输入的被测信号的大小是一个可变化的值，在进行A/D转换前，信号通过调理，以适合A/D转换器。单片机在启动A/D转换时还需考虑到与信号的同步问题。同时信号的采样次数和存储地址的分配也要求合理设计。每完成一次采样，A/D转换器向单片
15、机申请中断，单片机接受中断，转入中断处理。在中断处理中保存采样数据。2.重现信号波形：波形重构是通过D/A转换器不断快速重复地把A/D转换过程中存储在数据存储器中的数字信号进行D/A转换，并按固定频率输出至通用模拟示波器完成的。为了使呈现在示波器屏幕上的波形清晰无闪烁，D/A转换必须足够快。 通过初步的分析与思考，将本系统配合通用示波器，需实现如下功能： 1.采样存储的基本功能：将通用示波器难以观察的单次变化的信号转换为周期性的重复信号，实现对单次变化的信号进行连续的观察；并且，系统中的RAM需设有掉电保护措施，系统即使经关机断电后还能随时再现原来的波形信号，达到了采样存储示波器的记忆功能效果
16、。 2.慢扫描的基本功能：缓慢变化的信号，先经慢速的A/D采样，然后再以几倍的速度进行D/A转换，使信号波形的时间轴得以压缩，压缩的效果等效于示波器扫描速度的减小，使通用示波器具备观察变化慢的信号的功能。2.2 总体设计思想本设计采用单片机做控制器，系统的设计包括硬件的设计和软件的设计。根据系统的结构框图，设计时将硬件分为四部分：输入电路、键盘显示电路、控制存储电路和输出电路。输入电路将待测模拟信号转变为数字量；键盘和显示电路用于选择、显示输入通道，启动采样和启动波形的输出；输出电路包括D/A转换电路以及双极性变换电路，用以将数字量变为模拟量；控制部分需要结合软件的设计，输出各种控制逻辑。软件
17、的设计也按模块划分为：主程序设计和键盘扫描子程序的设计、A/D转换子程序的设计、D/A转换子程序的设计、LED显示子程序的设计、数据存储子程序和延时子程序的设计。设计的程序主要的功能是实现键盘的控制与管理，控制波形的采样和存储以及波形的复现。当然在设计时各个模块也不是完全独立，在每一步的设计中均需要综合考虑系统的性能，同时在设计系统的硬件时便着手软件的设计，注意了软硬件的配合。第3章 系统的硬件设计根据上章的分析，系统硬件的主要功能是：对模拟信号进行采样；将获得的数字数据存储；利用存储器中储存的数据重建信号波形，用示波器观察。设计中采用自顶向下的方法，把系统电路按功能模块分为四部分：输入电路、
18、键盘显示电路、控制存储电路和输出电路。3.1 输入电路的设计输入电路包括缓冲器、程控基准电源、同步触发电路、采样保持器及模数变换器(ADC)，在输入电路中的核心器件是A/D转换器，缓冲器、程控基准电源、同步触发电路、采样保持器都是为A/D转换器设计的，因而A/D转换器的选择是输入电路设计的核心。针对本课题的要求，选用8位A/D转换器，并内带8路模拟多路转换开关及相应的通道地址锁存及译码电路，并带有数据锁存器的ADC0809。3.1.1 A/D转换器的选择ADC0809是逐次逼近式A/D转换器，逐次逼近式A/D转换器的转换速度较快，是用得最多的一种A/D转换集成电路，A/D芯片多采用这种方式工作
19、。逐次逼近式A/D转换器其原理电路如图3.1所示。其工作过程为当启动转换负脉冲加入时逐次逼近寄存器清零，由于Vo为0，启动信号变为高电平后，逐次逼近寄存器在CLK信号同步下开始计数，但与普通计数器不同，它是从最高位开始计数的，对8位A/D转换器来说，在启动后的第一个时钟，逐次逼近寄存器就输出10000000，这个数字一出现，D/A转换器的输出Vo就变为满量程的128/255。若VoVi，比较器输出负电平，控制电路据此就会清除逐次逼近寄存器中的最高位；若VoVi，比较器输出低电平，控制电路将使次高位清0；若VoVi，次高位的1就会保留下来。如此经过8个时钟脉冲，就将逐次逼近寄存器的八位确定下来。
20、逐次逼近寄存器中的位就是转换后的数据，这种方法就像在天平上由大到小加减法码一样。转换结束，控制电路立即输出一个低电平作为结束信号。这个信号的下降沿将逐次逼近寄存器中的值锁存到缓冲寄存器，从而得到输出的数字量。 图3.1逐次逼近式A/D转换器工作原理图3.1.2缓冲器的选择缓冲器主要用于提升本系统的输入阻抗，选用运算放大的同相输入电压跟随电路，同时考虑到信号带宽的要求，选用宽带低噪声器LF356（单位增益带宽为5MHZ），采用此电路满足信号带宽的要求，同时将输入阻抗提升到1000M以上。电路如图3.2所示。 图3.2 缓冲器3.1.3 同步触发电路设计为了保证采样所得数据的真实有效，必须要求采样
21、的时间与输入信号存在的期间同步，该同步信号由同步触发电路实现。具体是把输入信号分为两路，一路直接送到ADC0809作采样输入信号；另一路则送到同步触发电路，使其产生并输出一个触发脉冲，微处理器把该脉冲作为启动ADC0809开始采样的起始同步信号，从而保证了采样所得的数据适时有效。同步触发电路选用运算放大器构成的电平比较器来实现，如图3.3所示。为了适用不同幅度的信号幅度，将此比较器U2的比较基准电压设为可调，并将调节电位器RW置于仪表面板上。同时在这级后面还采用稳压管D2设计了电平变换级，以适用单片机的接口，同时此级还可保护比较器U2。触发比较电路如图3.3所示。 图3.3同步触发电路 3.1
22、.4程控基准电源设计程控基准电源主要是为ADC0809提供可变的参考电压，以适用不同幅度的输入信号，扩大信号的输入范围，采用此方法可降低系统对前端电路的要求，电路如图3.4所示。图3.4 程控基准电源电路本电路主要采用精密单运放OP07、CD4051多路转换开关和地址锁存器73LS175组成，CD4051由单片机控制，其地址线和ADC0809的通道地址选择线相同，这样每个通道和一个参考电压对应了起来，即每个通道对应不同的输入信号的范围，这样记录波形前可估计波形的电压大小，以接入不同的通道。3.2 显示电路设计本设计采用数码管静态显示，利用单片机的串行口发送，采用74HC164锁存显示代码。显示
23、电路的具体电路如图3.5所示。 图3.5通道显示电路该电路占用I/O接口资源少，且编程容易、管理简单、显示亮度高、稳定性好，占用CPU时间较少。3.3 键盘接口电路采用的是非编码键盘，非编码键盘是由软件来识别键盘上的闭合的，它具有结构简单，使用灵活等特点。3.3.1按键的消抖问题组成键盘的按键有触点式和非触点式两种，单片机中应用的一般是由机械触点构成的。由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时，会产生抖动，这种抖动对于人来说是感觉不到的，但对计算机来说，则完全可以感应到，因为计算机的处理速度是在微秒级，而机械抖动的时间至少是毫秒级，对计算机而言，这已是一个漫长的过程了。要使每次按键只作一次响
24、应，就必须考虑如何去除抖动，常用的去抖动的方法有两种：软件方法和硬件方法。在此设计中，采用了软件法消除抖动，具体原理是：在单片机获得信息后，不是确认按键按下，而是延长10毫秒或更长的时间后，再次检测，如果仍然为低电平，则说明按键按下。这样就避开了按键按下时的抖动时间，而在检测到按键释放后，再延时510毫秒，消除后沿的抖动，然后对键值进行处理。3.3.2键盘与单片机的接口电路的设计键盘与单片机的接口电路如图3.6所示：其3个输出口(P11、P12、P13)作为矩阵键盘的列线，每根线上都加一个上拉电阻，用于减小干扰，再由P15、P16、P17作为行线，整个键盘共设9个键。键盘的检测方式采用中断查询
25、：当有按键按下时，都会使与门输出低电平，从而引起单片机的中断，单片机再判断键号并转入相应的处理。 图3.6 键盘接口电路3.4控制和存储电路的设计在系统的设计时，为节约成本，采用最小化硬件设计，其外部需接ADC、DAC、以及数据存储器，所以所选单片机只要有一定数量的并行输入/输出口，有一定容量的程序存储器和定时器、外部中断源即可。3.4.1控制器的选择在设计时选用了ATMEL公司的8位Flash单片机AT89C51，其引脚图右图所示。AT89C51单片机内核由8031内核构成的，所以AT89C51的内部结构与80C51相近且与MC-51系列单片机相互兼容，对其指令系统熟悉。本系统中需要并行输入
26、/输出口较多，AT89C51有4个八位的并行I/O口，通过数据地址线的分时复用，可以满足系统的要求；AT89C51单片机带4KB片内ROM，可存储4KB的程序，而本系统的程序初步估计为一千个字节左右，因此程序存储器可满足系统要求，并留有相当大的剩余空间；方案中设计的显示电路采用串行口方式连接，而AT89C51有一个全双工串行口；另外设计中还用到了两个中断，而AT89C51有6个中断源，两个中断优先级的中断结构，所以采用 AT89C51单片机能满足设计的要求。3.4.2单片机晶振电路的设计单片机内部带有时钟电路，因此，只需要在片外通过X1、X2引脚接入定时控制单元（晶体振荡和电容），即可构成一个
27、稳定的自激振荡器。电路如图3.7所示。图3.7单片机晶振电路3.4.3 单片机复位电路的设计任何微机都是通过可靠复位之后才可有序执行应用程序。同时，复位电路也是容易受干扰的敏感部位之一。因此，复位电路设计要求：其一要保证整个系统可靠复位，并具有上电自动复位和手动复位功能；其二是要有一定的抗干扰能力。RST引脚是复位输入信号，高电平有效。在振荡器稳定工作时，在RST引脚施加两个机器周期（即24个晶振周期）以上的高电平，单片机将有效复位。如图3.8为单片机复位电路，本系统单片机的晶振为6MHz，实践证明，只要RESET引脚的脉冲保持10ms以上的高电平，就能使单片机复位。图3.8中非门的最小输入高
28、电平Ui=2V，当充电时间t=0.6RC时,则充电电压Uc=0.45Vcc=0.455V2V，其中t为复位时间。t=0.6RC=0.61032210-6=13ms，则电路设计满足复位要求。 图3.8 单片机复位电路 复位电路的抗干扰设计：单片机复位端口的干扰主要来自电源和按钮传输线串入的噪声。这些噪声虽然不会完全导致系统复位，但有时会破坏CPU内的程序状态字的某些位的状态，对控制产生不良的影响。复位按钮一般安装在操作面板上，有较长的传输线，容易引起电磁感应干扰。主要抗干扰措施有：按钮传输线采用具有抗电磁感应干扰性能的双绞线，并远离交流用电设备。在电路设计上，单片机复位端口处并联0.010.1u
29、F的高频电容，或配置施密特电路，提高对串入的噪声的抑制能力，如图3.8电路中与非门为施密特非门（74LS04）。电路中放电二极管D不可缺少，当电源断电后，电容通过二极管D迅速放电，待电源恢复时可实现可靠的上电复位。若没有二极管D，当电源因为某中干扰瞬间断电时，由于电容C不能迅速将电荷放掉，待电源恢复时，单片机不可能实现上电自动复位，导致程序失控。3.4.4数据存储器的选择与掉电保护电路的设计1 数据存储器的选择 数据存储器用来存储程序运行期间的工作变量和数据，又被称为随机存储器RAM。在本设计中，存储器容量可表明示波器水平方划分细微的程度，它是水平分辨率的倒数。示波器显示屏水平刻度一般为l0d
30、iv，水平分辨率一般为20点/div。显示满屏幕需要1020=200个点，考虑到八通道采样，故需存储2008=1600个点；但为了能完整地观察被测的整个变化过程，每个通道需采集16256个点，即每通道需要4KB的存储容量。系统输入八个通道，则需要48KB。本系统的数据存储器选用静态CMOS型的RAM 62256：62256是一个32K8bit静态随机读写存储器芯片，其引脚包含地址线15条，数据线8条，2个片选端（CS1=0，CS2=1才能选通芯片）一个写允许WE端和一个输出允许OE端。2 数据存储器62256的掉电保护 当系统中的数据存储器设有掉电保护措施时，系统即使经关机断电后还能随时再现原
31、来的波形信号，这样系统就具有记忆的功能。静态CMOS型的RAM 62256的芯片功耗极低，适合于用电池供电的RAM电路，所以经常采用运行状态由电源向外部RAM供电，而在断电状态下由小型蓄电池向外部RAM供电以保存有用的数据。然而在单片机在上电及断电过程中，总线状态的不确定性，往往使RAM中某些数据变化，即数据受到了冲失。因此对于断电保护数据用的RAM存储器，除了配置供电切换电路外，还要采取数据防冲措施。图3.9为断电保护电路，采用线性集成电路LM324做信号比较器，当正常电源供电时，LM324输出高电平，CS2选通，数据存储器可以在CS1的控制下工作，当电源断电或电压下降到3.6V时,LM32
32、4输出低电平,这样数据存储器不被选中,其数据也不会冲失,当电源恢复正常时,数据存储器可正常工作。 图3.9 RAM62256的断电保护电路3.4.5 单片机与62256的接口电路的设计数据存储器与单片机的接口电路，需考虑地址总线、数据总线、控制端口的连接。62256包含地址线15条，数据线8条，2个片选端（CS1=0，CS2=1才能选通芯片）一个写允许WE端和一个输出允许OE端。其接口电路如图3.10所示，接口电路中的15位地址，分为高2位（A14A13）、高5位（A12A8）和低8位（A7A0）。高5位由P2口输出，高2位和低8位由P0输出。而P0口同时又是数据输入和地址输出接口，故在传送时
33、采用分时方式，先输出高2位，再输出低8位地址，然后再传送数据。在对外部存储器进行读/写操作时，地址要求保持不变，这就需要适当的寄存器存放地址，这个外接的寄存器就称为地址锁存器。在进行外部存储器扩展时，凡具有输入/输出控制的8位寄存器均可作为地址锁存器。目前常用的地址锁存芯片有：74HC273、74HC373等，本设计电路中选择74HC373，74HC373有三种工作状态：(1) 当OE为低电平，LE为高电平时，输出和输入状态相同，即输出跟随输入。 (2) 当OE为低电平，LE由高电平变为低电平时，输入端数据锁入内部寄存器中，内部寄存器中的内容与输出端相同。当LE保持低电平时，即输入端数据变化也
34、不会影响输出端状态，从而实现了锁存功能。 (3) 当/OE为高电平时，锁存器缓冲三态门封闭，即三态门输出为高组态，输入端D0D7和输出端Q0Q7隔离，则不能输出。 除同62256相接的P2口地址线外，其余高位地址线共同通过一个译码器产生一个CS1的片选信号（这种译码连接方式称为全地址译码连接）。OE和WE引脚可直接同RD和WR相接，用总线的读写信号控制芯片的读写操作。CS2可直接接高电平（5V）。62256寻址时先送出高两位地址，向74LS373写入“页码”，范围是0000H0003H，共四页。“页码”确定后的寻址范围唯一地确定为8000H-9FFFH。这样62256就分为四页，每页对应8KB
35、，合计48=32KB。62256写入数据的过程是：选择页码后，在62256芯片的A0-A12上加入要写入的单元的地址；在D0-D7上加上要写入的数据；使CS1和CS2同时有效；在WE上加上有效的低电平，此时OE可为高也可为低。这样就将数据写到了地址所选中的单元中；从62256中某单元读出数据的过程就是：先选择页码，A0-A14加上要读出单元的地址；使CS1和CS2同时有效；使OE有效（为低电平）；使WE为高电平，这样即可读出数据。本电路中除基本的连接外还在总线上安装了上拉电阻，上拉电阻的安装可以提高总线信号传输的可靠性，另外还可以提高信号的高电平，也就提高了噪声容限，这样就提高了抗干扰的能力。
36、上拉电阻的安装降低了芯片的输入电阻，可抑制静电干扰，有助削弱反射波的干扰。上拉电阻一般取210K，本系统采用8个10K的电阻。图3.10 单片机与62256的接口电路3.5输出电路的设计 输出电路的设计包括数摸转换器D/A的选择以及双极性输出电路的设计，其作用是将数字量变为模拟量。形成示波信号的电路核心是D/A转换器。该电路把保存在RAM中的采样数据，按照示波器显示波形的要求循环送到数模转换器DAC0832，转换为连续的模拟信号，然后再送到通用示波器显示出波形。因为波形的显示与波形的采集与存储在管理上是分开的，即不管数据以何种速度写入到存储器中，存储器中存储的数据均以固定的速度不断读出，因而可
37、获得清晰稳定的波形。 3.5.1数摸转换器的选择 输出电路对读出速度有一定的要求，选择DAC0832可满足系统。DAC0832是一款常用的数摸转换器，它的输入数字量为8位逻辑电平能与TTL兼容，参考电压的工作范围为+10V-10V，具有直通工作方式、单缓冲工作方式、双缓冲工作方式三种工作方式。其内部结构原理图如图3.11所示。 DAC0832的内部包括两个8位寄存器、1个8位转换器和相应辅助电路：8位输入寄存器为第一级锁存器，它的锁存信号为ILE。当ILE为高电平、CS和WR1为低电平时，LE1为1，这种情况下，输入寄存器的输出随输入而变化。此后，WR1由低变高时，ILE变为低电平，此时，数据
38、被锁存到输入寄存器中。8位DAC寄存器为第二级锁存器，它的锁存信号也称为通道控制信号。WR2和XFEB同时为低电平时，LE2为高电平，这时，8位的DAC寄存器的输出随输入而变化，此后，当WR2由低变高时，LE2变为低电平，将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器。在设计中DAC0832采用双缓冲方式，CS和XFEB引脚共接片选信号Y2，WRl和WR2共接AT89C51的WR，具体电路见总图。 图3.11 DAC0832的内部结构图3.5.2 双极性输出电路的设计 DAC0832是电流型器件，直接输出的是电流信号，为能引至示波器，需转换成电压输出。为转换成电压输出，常采用单极性和双极性两种连接方式。
39、按照本设计要求，输出方式采用双极性输出，其随着输入的数码不同，输出电压可正可负。设计的电路包括电流电压转换电路，单双极性变换电路，低通滤波器等电路，具体电路如图3.12所示。在该电路中LF356A1为电流电压转换，为单极性输出，LF356A2运算放大器，起反相求和作用，即OP07提供的参考电压提供偏流I1，与LF356A1输出提供的偏流I2相反。根据电路图中的电阻关系，一个输入电阻R1为10K，一个输入电阻R2为50K，反馈电阻R3为10K，R4为阻抗匹配，为R1、R2、R3三个电阻的并联值，即2.5K，可知LF356A2的输出在LF356A1的基础上偏移1/2VREF（VREF为OP07提供
40、的参考电压）。为了降低信号输出噪声和平滑波形，在双极性输出后还增加了由两个电容构成的低通滤波器。 图3.12 双极性输出电路3.6 电源电路的设计 电源的精确与稳定对一个系统来说是很重要的，如果不稳定将会产生错误的数据转化，导致测量误差。而该系统需要+5V，+12V，-12V三种直流电源，设计的电路如图3.13所示。其中输入电压为交流220V，经过变压器其输出为28V、9V，再进行整流。整流可通过四个二极管进行全波整流，也可以利用集成整流堆来进行（同原理）。后面接两个电容进行滤波，一个为电解电容，一个为高频电容，电解电容应该要有一定裕量，否则不能起到很好的滤波效果，本电路中使用的电解电容大小为
41、3300uF，高频电容为0.1uF。三端稳压器（7805、7812、7912）的输出级接入两个滤波电容，用于减小因为电源波动对系统造成的影响和滤波。其不需要采用大容量的电解电容，容量大小为220Uf，耐压为25伏，再接入0.1F的电容，便可减少电源波动的影响，滤去纹波，并可很好地改善负载的瞬态响应。然而，随之产生一个弊端，即当三端稳压器（7805、7812、7912）的输入出现短路时，输出端大电容上存储的电荷，将通过集成稳压器内部放电，可能会造成内部电路的损坏，故在其间跨接一个二极管，为放电提供放电通路，对集成稳压器起到了分流保护作用。图3.13 单片机系统电源电路第4章 系统的软件设计软件设
42、计是设计中最为重要的部分，它关系到一个系统能否实现其预定的功能，只有利用软件才能控制系统的运行。软件部分包括主程序设计和键盘扫描子程序的设计、A/D转换子程序的设计、D/A转换子程序的设计、LED显示子程序的设计、数据存储子程序和延时子程序的设计。4.1数据的定义与存储器的分配 汇编语言的特点是设计程序之前要进行软件定义和人工分配存储空间，包括主程序、常数表格区、入口地址表的确定，各种标志、数据缓冲区、I/O口的地址定义。本系统中主要芯片有ADC0809、DAC0832、静态RAM62256、以及地址锁存器74LS373、74LS175等芯片，根据硬件的设计，其地址分配表如表4.1所示。表4.
43、1 系统接口芯片地址分配表序 号芯片型号 地址线状态地址 P2.7P2.0 P0.7P0.0074LS373 000 0000H(页地址)1RAM 62256 100 00000 00000000 11111 11111111 8000H9FFFH （每页8K）2ADC0809 010 000 111 4000H4007H （八通道）3DAC0832 110 C000H474LS175 001 2000H 在系统硬件设计中，选择了静态存储器62256，把74LS373作为高位的地址锁存器供A14、A13使用，这样在访问静态存储器62256时，要先向74LS373写入“页码”，范围是0000H0
44、003H，共四页，每页对应8KB，合计48=32KB，其存储的分配如下：因系统中输入通道为八通道，为了显示的方便，将八个通道的数据放在不同的存储区，每页存储两个通道的数据，这样每个通道可采集16256个点，采集的时间足够长， 能完整地覆盖被测的整个变化过程。4.2 主程序的设计系统的软件部分以主程序为入口，在初始化之后调用键盘管理程序，完成对键盘的扫描，读入键值，并根据相应的键值调用D/A转换子程序或A/D转换子程序。作为程序的入口，主程序控制各类程序的调用。在系统中其主要的任务是在键盘中断子程序执行完后，调用D/A转换子程序或A/D转换子程序，设串行口方式和中断的触发方式，初始化各数据缓冲区
45、，而系统其它的功能都由各子程序完成。这样处理主程序起到了分散功能的作用，即主程序会变得很容易编写，而具体的功能都由功能子程序完成。主程序流程图如图4.2所示，具体程序见程序详单。4.2.1 键盘扫描中断子程序键盘扫描中断子程序流程图见图4.2.1，键盘扫描中断子程序见源程序。图4.2 主程序流程图 图4.2.1 键盘扫描中断子程序其流程图4.2.2 A/D转换子程序的设计A/D转换子程序是系统功能实现的一个重要的组成，其主要功能是：选择相应的参考电压、转换通道和存储区，然后启动A/D转换，并判断采样次数是否完成。在硬件设计时，每个通道和一个参考电压对应了起来，即每个通道对应不同的输入信号的范围，这样记录波形前可估计波形的电压大下，选择不同的按键，以接入不同的通道。软件主要是根据KEY存储器中的键值，选择不同的通道和参考电压。在系统中，为了能完整地覆盖被测的整个变化过程，采样点取16256个点。 同时在本子程序中根据键值的不同还要选择不同的存储区。当采样结束时，EOC信号向AT89C51申请中断，AT89C51接受中断读取转换结果，采用这种方式的启动转换程序如下： SETB IT0； 置边沿触发
