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1、综合电子设计指导书课程设计题目：简易数字示波器制作1.1设计目的了解数字示波器的基本控制原理，主要利用C8051F020开发板实现一个简易数字示波器的设计与制作。通过设计需要理解数字示波器的基本控制原理，掌握处理器C8051F020芯片的应用，多通道ADC采集功能等应用技术。 应用外设掌握人机交互技术，设计友好的人机交互界面。1.2设计任务与要求1基本要求（1）单次触发存储显示方式，即每按动一次“单次触发”键，仪器在满足触发条件时，能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储，然后连续显示。（2）仪器输入阻抗大于100k，用液晶显示，设液晶显示屏水平刻度为12div，垂直刻度为4div。
2、要求垂直分辨率为16级/div，水平分辨率为10点/div。（3）上述两个信号源公共要求设置0.2s/div、0.2ms/div、10us/div三档扫描速度，仪器频率范围为DC10kHz，误差8%。（4）设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度，误差8%。（5）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，触发电平可调。（6）观测波形无明显失真。2发挥部分（1）增加连续触发存储显示方式，在这种方式下，仪器能连续对信号进行采集、存储并实时显示，且具有锁存（按“锁存”键即可存储当前波形）功能。（2）增加双踪示波功能，能同时显示两路被测信号波形。（3）增加水平移动扩展显示功能，要求存储深度
3、增加一倍，并且能通过操作“移动”键显示被存储信号波形的任一部分。（4）垂直灵敏度增加0.01V/div档，以提高仪器的垂直灵敏度，并尽力减小输入短路时的输出噪声电压。1.3设计报告要求见附录二1.4设计思路一、设计原理（1）系统框图 图1.4.1 系统框图本系统主要包括中央控制模块、输入信号调理电路、A/D信号采集、数据存储、人机交互控制模块。具有性能可靠。系统组成如图1.4.1所示。(1)微处理器模块：实现信号处理与协调控制。(2) 输入信号调理电路：实现将输入信号进行整形，滤波处理。(3) A/D信号采集模块：实现对输入的模拟信号数字化处理。(4) 数据存储：实现数字化后的数据存储。(5)
4、人机交互控制模块：包括键盘和液晶显示。键盘显示用来完成系统参数设置以及动作方式指示等。 二、硬件电路设计1.主控制板说明模块结构框图和功能描述C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU 芯片，具有64个数字I/O 引脚；时钟电路使用20MHz石英晶体振荡器片外时钟振荡器；具有上电复位和手动按键复位功能；数据总线地址总线经总线驱动后引出到总线插槽与其他模块相连。模块的译码制电路由一片74HC138来完成。模块的结构如图1所示，主要资源如下：（1）MCU为美国Silabs公司C8051F020，64KB FLASH、(4096+256)B RAM、最高25MIPS执行速度；（2）4路1
5、2位AD输入，AIN1到AIN4输入信号量程0+2.4V ；（3）2路12位DA输出，输出信号量程0+2.4V；（4）1路标准RS232通讯接口；（5）1个16X2LCD接口；（6）1个128X64LCD接口；（7）1个复位键，4个按键；（8）JTAG调试接口；（9）外扩总线接口；（10）C8051F020上的资源对用户开放。图 1 模块结构框图模块主要元器件布局模块的元器件布局如图2所示：图2 模块的元器件布（1）JP1，JP2，JP3，JP4为总线接口； （2）P1，P2为电源插座，P2为5V系统电源，P1为9V系统电源； （3）POWER1为电源指示灯,上电即点亮；（4）J1为下载接口J
6、TAG；（5）S1为手动复位按扭。（6）L1，L2液晶接口；（7）K2，K3,K4,K5为四个按键；（8）P5为两路DA输出，P3,P4为两路AD输入；LCD接口128X64图形点阵LCD模块配置了20脚图形点阵LCD接口（驱动器型号：）接口插座的功能引脚定义详见如表2。表2图形点阵LCD接口引脚定义管脚符号有效电平作用1GND0V电源地2VCC+5V正电源3VEEOUT4RS低读选通5WR低写选通6EN低使能7-14D0-D7高/低数据线15CS1低片选信号16CS2低片选信号17/RESET低复位信号18Vadj负显示对比度1920LCD接口电气原理图见下图11。图11 LCD接口电气原理
7、图2.1.7 参考电压图12中VREF为C8051F020的电压基准输出（2.4V），VREF0为ADC0 的电压基准输入，VREF1为ADC1 的电压基准输入，VREFD为DAC 的电压基准输入。用短路块将J6的PIN5与PIN1、PIN3与PIN7、PIN1与PIN5短接时，C8051F020的内部基准电压就可以引到内部的ADC和DAC。图12 ADC、DAC通道参考基准电压接线三、软件设计开始系统初始化A/D数据采集完成？ 结束按键识别执行相应功能数据处理LCD液晶显示程序流程图 在程序的设计过程中，采取了模块化的方法，首先设计主控程序，然后设计各分模块。主要包括各中断模块、AD转换子程
8、序，LCD液晶显示子程序，EEPROM读写子程序，按键处理子程序等等组成。附录一 开发工具Keil使用指南一、 MDK的安装与配置1 MDK安装的最小系统要求为：操作系统：Win98 、WinNT4 、Win2000 、WinXP；硬盘空间：30M以上；内存：128MB以上。2 MDK的安装步骤如下：2.1 在桌面上双击安装文件，弹出如图1-1所示安装界面。建议在安装之前关闭所有的应用程序，单击Next，弹出如图1-2所示对话框。2.2 仔细阅读许可协议，选中I agree to all the terms of the preceding License Agreement 选项，单击Nex
9、t ，弹出如图1-3所示对话框。2.3 单击Browse选择安装路经，然后单击Next，弹出如图1-4所示对话框。2.4 输入First name、Last name、Company Name以及E-mail地址后，单击Next；安装程序将在计算机上安装MDK，之后会弹出如图1-5所示对话框，单击Finish安装结束。至此，开发人员就可以在计算机上使用MDK软件来开发应用程序了。二、 如何建立工程使用MDK作为嵌入式开发工具，器开发的流程与其他的开发工具一样，一般可以分为以下几步：1 新建一个工程，从设备库中选择目标芯片，配置编译器环境;2 用c/c+或汇编语言编写源文件。3 编译目标应用程序
10、；4 修改源程序中的错误；5 测试连接应用程序。1 选择工具集利用mVision 3创建应用程序，首先选择开发工具集。选择Project-Manage-Components,Environment and Books菜单项，弹出如图1-6所示对话框。在对话框中，可以选择所使用的工具集。2 创建工程并选择处理器在m Vision 3主界面中选择Project-New Project菜单项，打开一个标准对话框，输入希望新建的工程名字即可创建一个新的工程。创建一个新的工程时，m Vision 3要求设计者为工程选择一款对应处理器，如图1-7所示。该对话框中列出了m Vision 3所支持的处理器设备
11、数据库，也可以选择Project-Select Device菜单项进入此对话框。选择了某款处理器之后，m Vision 3将会自动为工程设置相应的工具选项，这使得工具的配置工程简化。图1-8以STM32为例。对于大部分处理器设备，m Vision 3会提示是否在目标工程里加入CPU的相关启动代码，如图1-9所示。启动代码是用来初始化目标设备的配置，完成运行时系统的初始化工作，对于嵌入式开发时必不可少的。单击“是”便可将启动代码加入工程，这使得系统的启动代码编写工作量大大减少。在设备数据库中为工程选择CPU后，Project Workspace的Books也内就可以看到相应设备的用户数据手册，以
12、供设计者参考，如图1-10所示。3 处理器启动代码通常情况下，ARM程序都需要初始化代码用来配置所对应的目标硬件。如前所述，当创建一个应用程序时，m Vision 3会提示使用者自动加入相应的启动代码。4 配置硬件选项m Vision 3可根据硬件的实际情况对工程进行配置。通过单击目标工具栏图或者选择菜单项Project-Options for Target，在弹出对话框的Target页可指定目标硬件和所选择设备片内组件的相关参数，例如外部晶振、片上ROM/RAM、是否使用操作系统等，如图1-11所示。5 创建源文件及文件组创建一个工程之后，就应开始写源程序。选择菜单项File-New可创建新
13、的源文件，m Vision 3 IDE将会打开一个空的编辑窗口用以输入源程序。在输入完源程序后，选择File-Save As菜单项保存源程序。当以“*.C”为扩展名保存源文件时，m Vision IDE将会根据语法以彩色高亮字体显示源程序。创建完文件后便可在工程里加入此源文件，m Vision 提供了多种方法加入源文件到工程中。右击Source Groun 1就会弹出如图所示快捷菜单，单击Add Files to Group打开一个标准文件对话框，将以创建好的文件加入到工程中。6 编译连接工程通常，在Project的Options for Target对话框中包含了创建一个新应用程序所需的所有
14、设置。接下来的工作室编译连接工作，单击工具栏中Build Target图标可编译连接工程文件。7 调试程序在编译连接完成后，就可以使用m Vision 3的调试器进行调试了。m Vision 3调试器提供了2种调试模式，可以在Options for Target 的Debug页内选择操作模式，8 建立HEX 文件应用程序在调试通过后，需要生产Intel HEX文件，用于下载到ROM编程器或仿真器中。9 下载HEX文件生成的HEX文件需要通过ROM编程器或仿真器下载到目标设备中，一完成嵌入式应用开发的最后一步。附录二 课程设计报告案例课 程 设 计 报 告课程名称 综合电子设计 题 目 指导教师 设计起止日期 系 别 专 业 学生姓名
