课程设计--智能仪器设计.doc

不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- I -哈 尔 滨 理 工 大 学课 程 设 计 题目 智能仪器设计 姓名 王玉林 班级 测控10-5班 学号 1005010502 指导教师 苑惠娟 成绩 2013年6月11日目录第1章 绪论11.1 课程设计题目与要求1第2章 总体方案设计22.1 工作原理22.2 系统组成22.3 波形发生22.4 显示部分22.5 按键部分2第3章 硬件电路设计33.1 显示及键盘接口电路33.2 D/A转换电路43.3 复位电路53.4 8路LED63.5 本章小结6第4章 软件设计7第5章 PCB板设计、安装与调试85.185.285.385.4 本章小结8第6章 系统标定、测试与精度分析96.196.296.396.4 本章小结9结论10致谢11参考文献12心得体会13附录14千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- III -第1章 绪论1.1 课程设计题目与要求设计任务：设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生三角波，梯形波等由用户编辑的特定形状波形。示意图如下：图1 设计要求图设计要求：1.具有产生三角波、正弦波两种种周期性波形的功能；2.频率可调节，并显示在数码管上。3.LED在运行过程中按要求亮。第2章 总体方案设计2.1 工作原理根据题目的要求，制定了整体方案：以STC90C51单片机为控制核心，P20、P21口接pcf8591p信号输入并进行数模转换，P3口接8路独立按键，P1口接8路LED ，P0口接数码管显示，由程序控制P2口产生波形（分别是正弦波、方波），再由按键及按键次数控制产生波形的种类及频率在一定范围内可调。在LED上实时的显示波形的频率和种类，波形在示波器上产生。正弦波波形的发生：在产生正弦波时，每周期只取80个点，在波形尽量不失真的前提下，使其频率达到的值尽量大，以便示波器显示。2.2 系统组成系统组成总体框图如下：P2.4P2.5独立按键P2.0p2.1D/A转换波形P1P0P1位选数码显示STC90C51系统复位系统时钟2.3 波形发生采用单片机和数模转换pcf8591p实现波形的产生。通过STC90C51执行三角正弦波程序，向D/A转换器的输入端按I2C总线方式发送数据，从而在D/A转换电路输出端得到相应的电压波形。在STC90C51的P2.4P2.7口接独立按键，通过软件编程来选择波形、频率，每种波形对应一个按键，频率增加、减少对应一个按键。2.4 显示部分8段LED共阴极数码管，P1口进行位选，P0口输出段选信号。2.5 按键部分采用独立按键，它相比较矩阵键盘，按键的数目比少，结构简单，方便操作，执行效率高。第3章 硬件电路设计硬件电路原理图3.1 显示及键盘接口电路功能：led显示，按键扫描。由LED数码管显示器和独立按键组成。当某一按键按下一次时，扫描程序扫描到之后，通过P0口将信号发送到LED。扫描及显示利用程序实现，不断扫描独立按键，当某一按键按下时，随即执行程序段，完成相应的功能。共阴极数码管6路独立按键3.2 D/A转换电路功能：将波形样值编码转换成模拟值，输出波形。由一片PCF8591组成。PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。有四路A/D转换输入，1路D/A模拟输出，也就是既可以作D/A转换也可以作A/D转换。PCF8591靠数据线SDA和时钟线SCL和90C51联系。单片机以I2C协议向PCF8591发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各种波形进行抽样，然后把各种采样值进行编码，收到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表的方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。如N个点构成波形的一个周期，则PCF8591输出N个样点值后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。利用单片机的中断时间控制输出周期的速度，也就是控制输出的波形的频率。D/A转换电路图3.3 复位电路单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V的电通过电阻给电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），RC构成的微分电路在上电瞬间产生一个微分脉冲，其宽度大于两个机器周期，90C51复位。因此，复位脚的电由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作，RST端电压慢慢下降，降到一定电压值以后，即为低电平，单片机开始正常工作（即上电复位，也叫初始化复位）；当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到0V了，于是又进行了一次复位工作（即手动复位）。复位电路3.4 8路LED发光二极管用于按键检测，检查按键扫描是否成功，以验证程序的有效性。8路LED3.5 本章小结第4章 软件设计主程序和子程序都存放在PCF8591单片机中。主程序的功能是：开机做键盘扫描及显示工作，然后根据用户所按的键转到相应的子程序进行处理。子程序的功能有：延时子程序、中断程序、显示子程序、按键子程序，按键子程序中有频率的加和减键、波形的转换键等共4个键。第5章 软硬件调试5.1在单片机编程中主要出现了以下问题：1) 键盘扫描时，多次扫描的问题，最终加入循环语句，是按键松开时执行，解决。2) 共256个样值点的正弦波输出时，不能完整显示的问题，采用每隔3个样值点输出一个的方案，减少样值数量从而增大输出频率。3) 中断时间问题，因为定时器中断时间过短引起的波形不能正常显示问题。最终考虑了D/A转换时间，以及程序段的执行时间，使一次中断时间不小于100毫秒，得以解决。4) 数码管显示的闪动问题，加大了对动态显示数码管的扫描频率，更改了由浮点数构成的频率计算公式，解决了计算引起的程序执行时间过长问题。5) 正弦波频率范围问题，通过计算子程序段执行时间，定时器中断时间，DA转换时间，最终确定频率输出范围10hz800hz。5.2 本章小结千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。- 15 -心得体会通过这次课程设计，我重新学习了以前的知识，学习了Altium designer这个软件，学习硬件电路的设计，以及PCB的绘制。实验过程中遇到了很多问题，例如DA转换不能正常工作，还有就是数码管显示的问题，由于数码管显示的时间太长，然后DA转换的时候，导致DA不能正常工作，只能通过一小段延时来实现的数码管的显示，还有就是DA输出波形时，数码管不能显示其输出频率，因为动态数码管刷新的时间太快，以至于在 转换过程中不能显示其频率，通过按键调整其频率效果不是很好，通过示波器显示的波形不能很好的反映其真实频率。通过这次课程设计进一步加深对数码管，按键的使用，以及常见波形的产生。这次的实践主要掌握了一些编程技巧，学会了用软件技术解决了按键抖动的问题，学会了中断定时的使用，运用动态扫描显示节省了IO口的使用。数码管显示的延时时间影响数码管的亮度及是否产生闪烁的现象。 附 录#include#include #define NOP() _nop_() #define _Nop() _nop_() bit ack;sbit SCL=P21; sbit SDA=P20;sbit k1=P22;sbit k2=P23;sbit k3=P24;sbit k4=P25;sbit k5=P26;sbit k6=P27;unsigned int wave=0,i=0;unsigned int sum=0,n=0,f=1;int g=0;unsigned char code Disp_Tab = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共阴数unsigned char code dispbit6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf; /位选控制 查表的方法控制char sanjiao;char code sin256=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xdd,0xde,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80;void start_i2c()SDA=1;_Nop();SCL=1;_Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();_Nop();SDA=0;_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();SCL=0;_Nop();_Nop(); void SendByte(unsigned char c) unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt8;BitCnt+) /*要传送的数据长度为8位*/ if(c 0; i-) for(j = 200; j 0; j-);void ledshow(unsigned int f,unsigned int i)unsigned int LedOut6; LedOut3=Disp_Tabf%10000/1000; LedOut2=Disp_Tabf%1000/100; LedOut1=Disp_Tabf%100/10; LedOut0=Disp_Tabf%10; LedOut4=Disp_Tabf%100000/10000; LedOut5=Disp_Tabwave%2; P0 = LedOuti; P1 = dispbiti; void main() unsigned int ge,shi,bai,qian,wan; EA=1; ET0=1; ET1=1; TMOD=0x11; TR0=1;TR1=1; TH0=0xfc; TL0=0x17; TH0=0xfc; TL0=0x17; TH1=0xff; Tl1=0xf5; start_i2c(); SendByte(0x90); SendByte(0x40); while(1) if(k1=0) delay(50); if(k1=1) wave+; if(k2=0) delay(50); if(k2=1) ge+