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1、l 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 题目 单片机波形记录器题目 单片机波形记录器 Title Chip waveform recorder 学生姓名学生姓名 专专 业业 学学 号号 指导教师指导教师 2 0 1 2 年年6 月月 l GRADUATION DESIGN DISSERTATIONS English Title Chip waveform recorder Name FuKailiang Student number 08061239 Teacher LiHongjun Professional Electronic June In 2012 东华理工大学毕业设计 论文 摘
2、 要 摘摘 要要 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
3、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 单片机 波形记录 实用性 东华理工大学毕业设计 论文 ABSTRACT 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 calcul
4、ation spectrum analysis correlation analysis and other operation curve Universal 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 o
5、scilloscope to observe the non repetitive signal waveform is of great practical 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 de
6、vice The system has eight input channels using partition stored waveform 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
7、 display circuit control circuit and the storage circuit and 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 东华理工大学毕业设计 论文 目 录 1 目 录 摘要 ABSTRACT 第 1 章 绪 论 1 1 1 课题
8、背景与研究现状 1 1 2 课题的意义 2 第 2 章 系统总体设计 3 2 1 系统功能分析 3 2 2 总体设计思想 4 第 3 章 系统的硬件设计 5 3 1 输入电路的设计 5 3 1 1 A D 转换器的选择 5 3 1 2 缓冲器的选择 6 3 1 3 同步触发电路设计 6 3 1 4 程控基准电源设计 7 3 2 显示电路设计 7 3 3 键盘接口电路 8 3 3 1 按键的消抖问题 8 3 3 2 键盘与单片机的接口电路的设计 8 3 4 控制和存储电路的设计 9 3 4 1 控制器的选择 9 3 4 2 单片机晶振电路的设计 9 3 4 3 单片机复位电路的设计 10 3 4
9、 4 数据存储器的选择与掉电保护电路的设计 11 3 4 5 单片机与 62256 的接口电路的设计 12 3 5 输出电路的设计 13 3 5 1 数摸转换器的选择 13 3 5 2 双极性输出电路的设计 14 3 6 电源电路的设计 15 第 4 章 系统的软件设计 16 4 1 数据的定义与存储器的分配 16 4 2 主程序的设计 17 4 2 1 键盘扫描中断子程序 17 4 2 2 A D 转换子程序的设计 20 4 2 3 D A 转换子程序的流程图 20 4 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 东华理
10、工大学毕业设计 论文 绪 论 1 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 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
11、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
12、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
13、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 东华理工大学毕业设计 论文 绪 论 2 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
14、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 东华理工大学毕业设计 论文 第二章 系统的硬件设 计 3 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 各种信号参数 设计中采用自顶向下的方法
15、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转换器向单片机申请中断 单片
16、机接受中断 转 入中断处理 在中断处理中保存采样数据 东华理工大学毕业设计 论文 第二章 系统总体设 计 3 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 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
