毕业论文基于单片机的仿真示波器设计

随着电子科学技术的迅速发展，特别是随着大规模集成电路的出现，给人类生活带来了根本性的改变。尤其是单片机技术的开发应用发展，现在产品几乎已经走进了千家万户。而示波器的出现更是给人们的生活带来了极大的方便与实用。本文首先描述了在整个设计中所用到的一些重要元器件的功能及相关特性并系统地介绍硬件部分的工作原理，并附以系统结构框图加以说明，着重介绍了本系统所应用的各硬件接口技术和各个接口模块的功能及工作过程， 其次，详细阐述了程序的各个模块和实现过程，详细讨论了在软件上实现的过程。本设计单片机技术为核心。本文编写的主导思想是软硬件相结合，以硬件为基础，来进行各功能模块运行来编写。本系统以单片机的汇编语言进行软件设计，增加了程序的可读性和可移植性，为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。关键词：ADC0809数模转换、6264存储器的扩展、采集与发送、T6963、74373、74138、AT89C51、TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章绪论 21.1引言 2\o"CurrentDocument"1.2示波器的发展前景 2\o"CurrentDocument"1.3本设计的设计目的 3\o"CurrentDocument"第2章硬件方案与调试 32.1硬件方案 3\o"CurrentDocument"2.2系统框图 3\o"CurrentDocument"2.3硬件连接图 ..5\o"CurrentDocument"2.4程序流程图 ..5\o"CurrentDocument"2.4.1定时器中断流程图 ...5\o"CurrentDocument"2.4.2外部中断流程图 ...6\o"CurrentDocument"2.4.3主程序流程图 ...6\o"CurrentDocument"第3章数据采集模块 73.1AD0809接线图 8\o"CurrentDocument"3.2AD0809芯片引脚功能及时序介绍 8\o"CurrentDocument"3.3AD0809与单片机的接口 ..10\o"CurrentDocument"第4章存储器的扩展模块 ..126264与89C51的接线图 ...12\o"CurrentDocument"6264芯片管脚介绍与时序 ...13\o"CurrentDocument"结束语 ..14第1章绪论1.1引言单片机（又称为微控制器）的出现是计算机发展史上的一个重要里程碑。 它是将CPU系统、程序存储器、各种I/O端口、定时器/计数器以及中断系统等主要微型机部件功能集成在一块芯片上。虽然单片机只是一块芯片，但它具有计算机的基本功能部件，因此，单片机实际是一台简单的微型计算机。而且它体积小、功能全、性价比高等诸多优点而独具特色，在工业控制、尖端武器、通讯设备、信息处理、电子仪器、家用电器等嵌入式应用领域独占熬头。 51系列单片机是国内目前应用最广泛的8位单片机之一，经过二十多年的推广与发展，51系列单片机形成了一个规模庞大、功能齐全、资源丰富的产品群。随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和普遍接受及应用，51单片机的发展又进入了一个新的阶段。许多专用功能芯片的内核集成了51单片机，如AD公司的带80C51核的数据采集系统芯片ADyC812、TI公司的基于8051核的高性能系统级芯片MCS121X、Cypress公司的兼容8051的智能USB控制芯片EZ—USB等，与51系列单片机兼容的微控制器以IP核的方式不断地出现在FPGA的片是系统中。因此，目前国内众多高校仍以51单片机作为单片机课程或微机原理课程的基本机型。可谓是众人拾柴火焰高”，特别是近年来，基于51单片机的前嵌入式实时操作系统的出现与推广，表明了51系列单片机在今后的许多年中依然会活跃如故，而且在很长一段时间中将占据嵌入式系统产品的低端市场。 现在其灵活的硬件电路设计和软件设计的相结合，在近年来，随着单片机技术的不断提高，功能的不断完善，使其应用技术日趋走向成熟，应用领域日趋扩大。让单片机得到了广泛的应用。几乎是从小的电子产品，到大的工业控制，单片机都起到举足轻重的作用。单片机小的系统结构几乎是所有具有可编程硬件的一个缩影，正所谓麻雀虽小，五胀俱全”，单片机的学习和研究是对微机系统学习和研究的简捷途径。1.2示波器发展前景科学技术的发展使得自动化测量在各个生产领域和科学研究中愈来愈受到关注。人们在追求测试的高精度、多功能、高可靠性与自动化的同时，还要求测试系统有更短的开发周期、更低的成本和更高的质量。虚拟仪器是电子测量技术与计算机技术深层次结合的、具有很好发展前景的新一类电子仪器。基于声卡的数据采集与分析的虚拟示波器，具有实现简单、界面友好、性能稳定可靠等优点。

1.3本设计的设计目的通过单对外界信号（声音、电网电压、干扰信号等）采集并通过单片机送入示波器显示，该设计通过一种直观的界面，实现对信号的采集和显示。本设计能直观地显示外界信号。第二章硬件方案与调试2.1硬件调试1单片机+0809仿真调试2、单片机+0809+串口调试助手（1直接访问数据存储器2、使用访问片外数据存储器）3、 单片机+0809+示波器4、 单片机+0809+6264+示波器2.2系统框图图1系统的原理图2.3硬件连接图[L[L图2系统的硬件连接图2.4程序流程图2.4.1定时器中断流程图:采集时间到自动进入定时中断重新赋定时器初值以进行下次定时启动本次的A/D采集

图3定时器中断流程图2.4.2外部中断流程图:ADC0809采集完自动进入中断保护现象读取采集的数据存入数组图4外部中断流程图设置显示标志位为TRUE通知主程序显示波形2・4・3主程序流程图:开机初始化液晶T6963复位及延时\z初始化定时器工作方式，定时初值，打开外部中断V/判断显示标志1是〈 位是否需要显 \1 〉\示？ /r逐点显示采集数据，延时，打开定时器及中断否图5主程序流程图第3章数据米集模块3.1AD0809接线图:INIINCiU426_IEis7402JRb7402<TEXT>r12ieINDCLOCK<IN1STARTIN2IN3EOCIN4IN5OUT1IN50UT2IN70UT30UT4ADDA0UT5ADDBOUTBADDCOUT?ALEOUTSVREFft)VREFt)OE<TBCT：HDQ阴阴<TB：T-~10~212019

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1517D3533357图6AD0809接线图3.2AD0809芯片引脚功能及时序介绍:ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。(1).ADC0809的内部逻辑结构nioIH1IH31N4IN5IN78路模拟>开关地址r—锁存与译kJ码器■ALEEOCS路D1nioIH1IH31N4IN5IN78路模拟>开关地址r—锁存与译kJ码器■ALEEOCS路D1D215D6L7UAVREFX+jVREFt-)A/D转换器三态输出锁存器图70809内部结构图由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通 8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。(2).引脚结构TM3IM2EST4IN1TN5TM3IM2EST4IN1TN5IMOIN6AIM7BSTCISOCAI.ED3D7OEn(5CLKD5VCCr>dVKE1-4-DOGZDVRFF-D1D2ioTT13T5图80809引脚图IN0—IN7:8条模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0—5V，若信号太小,必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通

道的模拟量进转换器进行转换。A,B和C为地址输入线，用于选通INO—IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。CBA选择的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7数字量输出及控制线:11条ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号。当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE=1,输出转换得到的数据；OE=0,输出数据线呈高阻状态。D7—D0为数字量输出线。CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，VREF(+),VREF(―)为参考电压输入。(3) ADC0809时序说明ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。初始化时，使ST和OE信号全为低电平。送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机。STARTEOCOED0OED0…D7

数字量输出 data 图9AD0809时序图(4)转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。(1定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128ms,相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。查询方式A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可却只转换是否完成，并接着进行数据传送。中断方式把表明转换完成的状态信号(EOC)作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以RD信号有效时，0E信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。本次毕业设计所使用的就是此中断方式。3.3AD0809与单片机的接口实现AD0809采集的数据送到单片机的数据如下:voidint1()interrupt2using1 //外部中断1{ADSAVE[count]=adc;count++;if(count>=128){count=0x00;ChuliKaishi=TRUE;TR0=0;//IT1=1;EA=0;ET0=0;EX1=0;//}}程序中的ADSAVE[count]=adc相当于汇编中的movdptr,#0xa00movxa,@dptr这两条指令。通过图9的RD引脚的正脉冲来使图10的OE引脚产生一个正脉冲

voidtimeO()interrupt1using1 //定时器0{TH0=0Xfd;TL0=0X8e;adc=ACC;〃读外部ADC0809}程序中的adc=ACC相当于汇编中的movdptr,#0xa00movx@dptr,a这两条指令。通过图9的WR引脚的正脉冲使图10的ALE饿START产生一个正脉冲■ |I ・一I I :F2~•曲叶*也和喘■出 __图10图10外部存储操作时序图第4章存储器的扩展模块4.1 6264与89C51的接线图如下:xx~图12 6264与89C51接线图由图可见，ALE把P0端口输出的低8位地址A0~A7锁存在74LS373,P2口的P2.0~P2.4直接输出高5位地址A8~A12，由于单片机的RD和WR分别与6264的输出允许0E和写信号WE相连，执行读操作指令时，RD使0E有效，6262RAM中指定地址单元的数据经D0~D7由P0口读入；执行写指令时，WR使WE有效，由P0口提供的要写入RAM的数据经Do~D7写入6264的指定地址单元中。4.2 6264芯片的管脚介绍与时序6264是一种8KX8的静态存储器，其内部组成如图12所示，主要包括512X128的存储器矩阵、行/列地址译码器以及数据输入输出控制逻辑电路。地址线 13位，其中A12〜A3用于行地址译码，A2〜A0和A10用于列地址译码。在存储器读周期，选中单元的8位数据经列I/O控制电路输出；在存储器写周期，外部8位数据经输入数据控制电路和列I/O控制电路，写入到所选中的单元中。6264有28个引脚，如图2.5(b)所示，采用双列直插式结构，使用单一+5V电源。其引脚功能如下：A12〜A0:地址线，输入，寻址范围为8K。D7〜D0:数据线，8位，双向传送数据。l，H:片选信号，输入，低电平有效。艺：写允许信号，输入，低电平有效，读操作时要求其无效。「：读允许信号；输入，低电平有效，即选中单元输出允许。VCC:十5V电源。GND:接地线。NC表示引脚未用。

地址线TOC\o"1-5"\h\zCE \WE \//\o"CurrentDocument"数擔线 〈 >//Ai-2AuAI：Ct0|WE行评码辅人数

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堀电路512X16X8仔储阵列V<t-w—GND列I/OA«AiA：AmNU—IJ7 朗Au 227A?—32624252—J24A4一623A3 7Ci2M22A;—'821A(—巾20Ai*—1019Du—111*Di—1217Dj•1316GND—]415-V(i—NC—OE—CE—D?—rx(b)(b)引脚图(a)14部霜构图136264内部结构及引脚图6264的工作方式如下表所示。纟士审 I五结束语在学习了《单片机原理及接口技术》 专业课程之后，为了将所学专业理论知识更好地应用到实际生活中，培养动手能力是理论联系实践的最好方法。 发现问题到解决问题。 本设计应用了硬件AT89C51