基于單片機的嵌入式簡易數(shù)字示波器設計-論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 X（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動 4 個TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內容。 在 flash編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口： P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅動 4 個TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下 所示 ： 在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 端口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 10 頁 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。 RST—— 復位輸入。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。 ALE/PROG—— 當 訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應 設置 ALE 禁止位無效。 PSEN—— 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP—— 外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內部會鎖存EA 端狀態(tài)。 . 單片機外圍電路設計 (1)、 晶振 電路 AT89S52 引腳 XL1 和 XL2 與晶體振蕩器 CYS1 及電容 C C7 按圖 34 所示方式連接。晶振、電容 C C7 及片內與非門（作為反饋、放大元件）構成了電容三點式振蕩器，振蕩信號頻率與晶振頻率及電容 C C7 的容量有關，但主要由晶振頻率決定，范圍在 0～33MHz 之間，電容 C C7 取值范圍在 5～ 30pF 之間。根據(jù)實際情況，本設計中采用 12MHZ做為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為 30pF。 圖 34 晶振部分接線圖 (2)、 復位電路 單片機復位是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復位后 PC＝ 0000H，使單片機從第 — 個單元取指令。無論是在單片機蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 剛開始接上電源時，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復位。在復位期間（即 RST 為高電平期間）， P0 口為高阻態(tài)， P1－ P3 口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號 PSEN 無效。地址鎖存信號 ALE 也為高電平。根據(jù)實際情況選擇如圖 35 所示的復位電路，該電路在最簡單的復位電路下增加了手動復位按鍵，在接通電源瞬間，電容 C3 上的電壓很小，復位下拉電阻 R4 上的電壓接近電源電壓，即 RST 為高電平，在電容充電的過程中 RST 端電壓逐漸下降，當 RST 端的電壓小于某一數(shù)值后， CPU 脫離復位狀態(tài) ，因為 電容 C3 足夠大，可以保證 RST 高電平有效時間大于 24 個振蕩周期， CPU 能夠 正常復位。增加手動復位按鍵是為了避免死機時無法正常 復位。當復位按鍵按下后電容 C3 放電。當電容 C3 放電結束后， RST 端的電位由 R4 決定。由于 R4 很大 ， 因此 RST 為高電平， CPU 處于復位狀態(tài)，松手后，電容 C3 充電， RST 端電位下降， CPU 脫離復位狀態(tài)。 圖 35 復位 電路接線圖 . 信號 采集模塊 本設計中的信號數(shù)據(jù)采集器 采用的是 A/D 轉換器 TLC2543。 TLC2543 是德州儀器公司生產(chǎn)的 12 位開關電容型逐次逼近模數(shù)轉換器，它具有 三個控制輸入端，采用簡單的 3 線 SPI 串行接口可方便地與微機進行連接，是 12 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最佳選擇器件之一。 TLC2543 的 主要特點 （ 1） 12 位 分辨率 A/D 轉換器； （ 2）在工作溫度范圍內 10μ s 轉換時間； （ 3） 11 個模擬輸入通道； （ 4） 3 路內置自測試方式； （ 5）采樣率為 66kbps； （ 6）線性誤差177。 1LSBmax； （ 7）有轉換結束輸出 EOC； （ 8）具有單、雙極性輸出； （ 9）可編程的 MSB 或 LSB 前導； （ 10）可編程輸出數(shù)據(jù)長度 TLC2543 引腳功能說明如下： 蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 AIN0～ AIN10：模擬輸入端，由內部多路器選擇。對 的 I/O CLOCK，驅動源阻抗必須小于或等于 50Ω； CS：片選端， CS 由高到低變化將復位內部計數(shù)器，并控制和使能 DATA OUT、 DATA INPUT 和 I/O CLOCK。 CS 由低到高的變化將在一個設置時間內禁止 DATA INPUT 和 I/O CLOCK； DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以 MSB 為前導并在 I/O CLOCK 的前 4 個上升沿移入 4 位地址，用來選擇下一個要轉換的模擬輸入信號或測試電壓，之后 I/O CLOCK將余下的幾位依次輸入； DATA OUT： A/D 轉換結果三態(tài)輸出端，在 CS 為高時，該引腳處于高阻狀態(tài)；當 CS為低時，該引腳由前一次轉換結果的 MSB 值置成相應的邏輯電平； EOC：轉換結束端。在最后的 I/O CLOCK 下降沿之后， EOC 由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D換完成及數(shù)據(jù)準備傳輸； VCC、 GND：電源正端、 接 地 端 ； REF＋、 REF－：正、負基準電壓端。通常 REF＋接 VCC， REF－接 GND。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差； I/O CLOCK：時鐘輸入 /輸出端。 TLC2543 接口時序 可以用四種傳輸方法使 TLC2543 得到 全 12 位分辯率，每次轉換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12 或 16 個時鐘周期。一個片選（ ）脈沖要插到每次轉換的開始處，或是在轉換時序的開始處變化一次后保持 為低，直到時序結束。圖 36 顯示每 次轉換和數(shù)據(jù)傳遞使用16 個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入 的時序，圖 37 顯示每次轉換和數(shù)據(jù)傳遞使用 16 個時鐘周期，僅在每次轉換序列開始處插入一次時序。 圖 36 16時鐘傳送時序圖（使用 ， MSB在前） 蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 圖 37 16時鐘傳送時序圖（不使用 ， MSB在前） 圖 38 TLC2543部分 接線圖 . 顯示 模塊 顯示 模塊非常簡潔，直接是一塊 KXM12864M 液晶 顯示器 。 液晶顯示模塊是 128 64 點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置 8192 個中文漢字（ 16X16 點陣）、 128 個字符（ 8X16 點陣）及 64X256 點陣顯示 RAM（ GDRAM）。 可與 CPU 直接接口，提供兩種界面來連接微處理機： 8 位并行及串行兩種連接方式 。 在單片機系統(tǒng)中使用液晶顯示模塊作為輸出器件具有以下優(yōu)點： （ 1）顯示質量高 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管（ CRT）那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫質高而且不會閃爍。 （ 2）數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更簡單，操作也更加方便。 （ 3）體積小、重量輕 蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài) 來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器件要輕很多。 （ 4）功率消耗小 相比而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動 IC 上，因而耗電量比其他顯示器件也要小很多。 KXM12864M 引腳說明 如 表 39 所示 ： 表 39 KXM12864M引腳 說明 . 電源 部分 電源 部分直接用 5V 的直流電源供電即可。 第 軟件 系統(tǒng) . 信號采集 系統(tǒng)軟件圖 圖 310 系統(tǒng)采樣 子程序流程圖 蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 . 信號 顯示 系統(tǒng) 軟件圖 圖 311 信號 顯示 系統(tǒng) 總體流程圖 蘇州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 第 16 頁 第 4章 系統(tǒng)測試 第 測試條件和方法 . 測試 條件 (1)、 電源 學院 電子實驗室有 可供 直流電壓為 5V 的電源。 (2)、 信號 發(fā)生器 用于 提供加有 偏置 的 常規(guī) 信號 . 測試 過程 (1)、 打開 電源 和 信號發(fā)生器 (2)、 調好 輸入信號的頻率、幅值 (3)、 加入偏置使得輸入信號為 “ 正 ” 并 用實驗室示波器測試 (4)、 連接好電源