簡易數(shù)字示波器設計

1、摘要 本科畢業(yè)設計論文 題 目 簡易數(shù)字示波器設計 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和

2、電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學

3、位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理

4、工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設計（論文）2）附件：按照任務

5、書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它摘 要示波器是電子測量中一種最常用的儀器，被廣泛應用于各個領域。隨著微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，示波器也從模擬示波器向數(shù)字示波器發(fā)展。同模擬示波器相比，數(shù)字示波器具有很多優(yōu)點，并開始逐步取代模擬示波器，成為市場上的主流。本文主要完成了簡易數(shù)字示波器的設計，包括硬件設計（通過proteus仿真替代）和軟件設計兩大部分。 硬件設計上，信號波形采集采用的是12位逐次逼近型a/d轉換器ad574a，轉換時間為25us，轉換精度小于等于0.05%?？刂破鬟x用at89c52及at89c51兩個單片機，解決了一般示波器使用一片單片機，運行速度明

6、顯不足的問題。波形顯示部分采用液晶顯示模塊，具有簡單易實現(xiàn)、顯示效果好等優(yōu)點。頻率顯示部分采用的是6位數(shù)碼管顯示，簡單易行。proteus仿真表明，該設計運算速度明顯提高。頻率顯示準確，可以實現(xiàn)快速讀取。該示波器可以實現(xiàn)對模擬帶寬為1hz20khz的模擬信號的波形和頻率的實時顯示。關鍵詞：單片機；實時采樣；波形；頻率iiiabstractabstractan oscilloscope is electronic measurement instrument, the most commonly used widely applied in various fields. with microe

7、lectronics and computer technology rapid development from analogue oscilloscope, oscilloscope to digital oscilloscopes development. compared with analogue oscilloscope,digital oscilloscopes start has many advantages, and gradually replacing analogue oscilloscope, become the mainstream in the market.

8、this paper has completed the design of simple digital oscilloscopes, including hardware design and software design. the hardware design, the signal waveform sampling by 12 successive approximation of the a/d converter ad574a conversion time, for time is less than or equal to 25us conversion, precisi

9、on 0.05%. controller chooses at89c52 and single-chip microcomputer, solve the two at89c51 single-chip microcomputer, a commonly used oscilloscope shortage problem running speed. waveform display part adopts lcd module is simple and easy to realize and shows good effect, etc. frequency display part a

10、dopts is six digital display, simple tube.proteus simulation shows that the design speed increased significantly. frequency display correctly, can achieve rapid read. the oscilloscope can realize to simulate 1hz 20 khz bandwidth real-time display of the waveform and frequency of the analog signalkey

11、 words:scm ; real-time sampling; waveform;frequency目錄目 錄 1 前 言11.1選題的背景意義和研究現(xiàn)狀11.1.1選題的背景和意義11.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2 本設計所要實現(xiàn)的目標21.3 設計內(nèi)容22 系統(tǒng)設計53 數(shù)字示波器的硬件設計與實現(xiàn)73.1 頻率測量及顯示電路的硬件設計73.1.1 測頻電路總體構成73.1.2 信號調理電路設計73.1.3 數(shù)碼管顯示模塊93.1.4 數(shù)碼管顯示驅動模塊103.2 幅度測量及顯示模塊的硬件設計103.2.1 顯示電路總體結構173.2.2 單片機外圍電路設計183.2.3 信號波形采集模塊

12、193.2.4 顯示模塊213.2.5 電源設計234 系統(tǒng)軟件設計254.1 測頻系統(tǒng)軟件設計254.2 信號采集系統(tǒng)軟件圖274.3 波形顯示系統(tǒng)軟件設計285 調試及仿真316 結 論33致 謝35參考文獻37附錄一：系統(tǒng)總體接線圖39附錄二：頻率測量子系統(tǒng)流程圖40附錄三：信號顯示子系統(tǒng)流程圖41附錄四：頻率測量系統(tǒng)程序清單42附錄五：波形顯示系統(tǒng)程序清單44v前言1 前 言1.1選題的背景意義和研究現(xiàn)狀1.1.1選題的背景和意義1909年的諾貝爾物理獎得主karl ferdinand braun于1897年發(fā)明世界上第一臺陰極射線管示波器，至今許多德國人仍稱crt為布朗管(braun

13、 tube)。 根據(jù)ieee的文獻記載1972年英國的nicolet公司發(fā)明了第一臺的數(shù)字示波器(dso)，到1996年惠普科技(安捷倫科技前身)發(fā)明了全球第一臺混合信號示波器(mso)，數(shù)字示波器自上個世紀七十年代誕生以來，其應用越來越廣泛，已成為測試工程師必備的工具之一。時間到了21世紀這是一個科學和技術都在飛速發(fā)展的時代，隨著電子技術、計算機技術、通信技術和自動化技術的高速發(fā)展,電子測量儀器也有了巨大的發(fā)展。數(shù)字示波器就以其存儲波形及多種信號分析、計算、處理等優(yōu)良的性能從而逐步取代模擬示波器。用數(shù)字示波器能完成對信號的一次性采集，把波形存儲起來，還可以通過移位操作觀察波形的任何一部分等等

14、。數(shù)字示波器是隨著數(shù)字集成電路技術的發(fā)展而出現(xiàn)的新型智能化示波器，己經(jīng)成為電子測量領域的基礎測試儀器。隨著新技術、新器件的發(fā)展，它正在向寬帶化、模塊化、多功能和網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。數(shù)字示波器的優(yōu)勢是可以實現(xiàn)高帶寬及強大的分析功能?，F(xiàn)在高端數(shù)字示波器的實時帶寬已達到20ghz，可以廣泛應用于各種千兆以太網(wǎng)、光通訊等測試領域。而低端數(shù)字示波器幾乎可以應用于國民經(jīng)濟各個領域的通用測試，同時可廣泛應用于高校及職業(yè)學校的教學，為社會培養(yǎng)眾多的后備人才。數(shù)字示波器的技術基礎是數(shù)據(jù)采集，其設計技術可以應用于更廣泛的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品中，具有深遠的意義。為了鞏固大學4年來所學的知識，將課本上的理論知識運用到實際中，而

15、且能掌握和了解本專業(yè)的儀器測量這塊的先進發(fā)展趨勢，我選擇了簡易數(shù)字示波器這個題目作為我的大學畢業(yè)設計題目。1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自從1972年世界上第一臺數(shù)字示波器（dso）問世以來，經(jīng)歷了三個發(fā)展階段。1986年以前為dso發(fā)展的初期階段，當時的取樣率較低，一般不超過50msa/s，帶寬在20mhz以下，結構形式以數(shù)字存儲加傳統(tǒng)模擬示波器二合一的組合式為主，功能少，性能低。主要代表性產(chǎn)品有美國哥德(gould)公司生產(chǎn)的4035，hp公司生產(chǎn)的hp54200。1986年-1994年，伴隨高速adc和高速ram的迅速發(fā)展，dso的發(fā)展也進入了快車道，取樣率達到了4gsa/s，記錄長度超過32

16、k。每年各示波器生產(chǎn)廠商都推出新的型號，技術上開始走向成熟。1989年，hp公司率先停止了模擬示波器的生產(chǎn)，專心培育數(shù)字示波器市場。到1993年，dso的銷售額就超過了傳統(tǒng)模擬示波器，使持續(xù)將近半個世紀的模擬示波器市場發(fā)生動搖。1995年以后，dso在技術上己經(jīng)成熟，帶寬在100mhz以上，dso已經(jīng)完全取代了模擬示波器。2004年10月，agilent公司推出了具震撼性的ds081304a數(shù)字示波器，帶寬3ghz，上升時間23ps，最高采樣率40ghz。這時，除了繼續(xù)提高取樣率(最高達40gsa/s)、帶寬(達20ghz)和增加記錄長度(達16mb)外，dso制造商開始向100mhz以下帶寬

17、的通用dso方向發(fā)展，并且性價比迅速提高。1996年agilent公司面向通用dso市場推出了100mhz帶寬的數(shù)字示波器54645a及首款混合信號示波器54645d。agilent公司在后續(xù)推出的54620/40a/d系列混合信號示波器中提供了強大的串行觸發(fā)能力，包括spi、usb、ize、lin、和ean等。通用dso的單臺價格己接近同檔次的模擬示波器水平。目前，100mhz以下的dso，將與模擬示波器同時并存發(fā)展。雖然模擬示波器本身也在不斷的數(shù)字化，增加數(shù)字顯示和光標測量的功能。但是，模擬示波器無法具備dso所特有的預觸發(fā)、存儲和數(shù)據(jù)處理等測量功能?？梢灶A計，通用dso全面取代模擬示波器

18、的日子不會很遠了。目前，100mhz數(shù)字示波器的代表性產(chǎn)品，國外的主要有agilent公司的5000系列，tektronix公司的tdsl000、tds2000系列。國內(nèi)dso的研制工作起步較晚，第一臺dso于1993年在電子部41研究所研制成功，但是起步水平較高，最先推出的是取樣率為40msa/s，帶寬分別為750mhz和800mhz的兩個型號產(chǎn)品。到96年就把帶寬提高到了1ghz。98年把取樣率提高到1gsa/s。研制中的100mhz帶寬的深存儲型dso已經(jīng)取得了階段性成果。目前主要的生產(chǎn)廠家是美國安捷倫公司、泰克公司、力科公司、臺灣的固緯公司、國內(nèi)的中國電子科技集團第41研究所和北京普源

19、精電公司等。1.2 本設計所要實現(xiàn)的目標本文設計的目的主要是利用a/d轉換模塊、控制器（本文中采用單片機）、液晶顯示模塊等配合外圍電路實現(xiàn)對輸入量的波形和頻率顯示。用戶只需要把待測信號輸入轉換器，不用其他的操作，示波器自動在顯示器上顯示波形和頻率1.3 設計內(nèi)容在本設計中，硬件設計分為兩個部分波形顯示電路和頻率顯示電路，波形顯示電路中，首先使用a/d轉換器，對輸入的模擬信號數(shù)字化，以使單片機能夠識別，同時，還要使用單片機控制a/d轉換器。對于a/d轉換器采樣的數(shù)據(jù)，經(jīng)過轉換之后單片機可以直接讀取，對于讀取的數(shù)據(jù)，通過單片機輸出，經(jīng)過顯示器，直接顯示波形。頻率顯示電路中，利用外圍電路對信號進行采

20、集，轉換為高低電平之后，單片機讀取，輸出，利用數(shù)碼管顯示頻率49系統(tǒng)設計2 系統(tǒng)設計在本系統(tǒng)設計中，主要包括兩大部分：1）信號頻率測量系統(tǒng)；2）信號波形顯示系統(tǒng)。見圖2-1和圖2-2。at89c52顯示電路晶振電路信號采集電路復位電路圖2-1 信號波形顯示系統(tǒng)框圖信號采集電路a/d轉換電路at89c51顯示電路圖2-2 測頻電路方框圖信號數(shù)字示波器的硬件設計與實現(xiàn)3 數(shù)字示波器的硬件設計與實現(xiàn)3.1 頻率測量及顯示電路的硬件設計該部分主要由前端電路、控制器at89c51、數(shù)碼管顯示電路三部分組成。3.1.1 測頻電路總體構成測頻電路由前端放大電路，整流電路，以及顯示電路，通過at89c51單片

21、機控制，達到只要有輸入信號，就能正確的顯示信號頻率。接線圖見圖3-1。圖3-1測頻電路總接線圖3.1.2 信號調理電路設計信號調理電路主要包括同相比例放大電路和整流電路兩部分。同向比例放大器：運算放大器是具有很高放大倍數(shù)的電路單元，實際電路中，通常結合反饋網(wǎng)絡共同組成某種功能模塊。由于早期應用于模擬計算機中，用以實現(xiàn)數(shù)學運算，故得名“運算放大器”，此名稱一直延續(xù)至今。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導體芯片當中。隨著半導體技術的發(fā)展，如今絕大部分的運放是以單芯片的形式存在?，F(xiàn)今運放的種類繁多，廣泛應用于幾乎所有的行業(yè)當中。本系統(tǒng)中同相比例放大的實現(xiàn)是電

22、壓放大電路根據(jù)輸入電壓幅值的不同范圍分為八個檔，輸入電壓幅值在0-5v之間，八個檔分別是0.15v0.2v、0.2v0.3v、0.3v0.5v、0.5v0.8v、0.8v1.2v、1.2v1.6v、1.6v2.5v、2.5v3.2v，放大倍數(shù)依次為25、16、10、6、4、3、2、1.4。運放采用lm1875t高精度高速低噪聲運算放大器。電路結構采用同相比例放大電路，即放大電路的輸入信號由同相輸入端接入，反饋電阻一端接運放的輸出，一端接運放的反相輸入端，反相輸入端通過一電阻接地。反饋網(wǎng)絡由八個電阻并聯(lián)組成，且每個反饋電阻與運放輸出之間由一單刀雙擲開關連接，形成八檔。設反相端接地的電阻為r1，反

23、饋電阻為rp，設放大倍數(shù)為ai ，i從0取到7，依次對應前面的八檔。由于放大器的開環(huán)放大倍數(shù)（即開環(huán)增益）很大，則由運放的深度負反饋的原理得同相比例放大電路的閉環(huán)放大增益ai與電阻r1和反饋電阻rp的關系如下：。由該公式可知，若r1為1千歐，結合各檔所需放大倍數(shù)，則得rpi（i從0取到7）依次為24、15、9、5、3、2、1、0.4（單位均為千歐）。運算放大電路接線圖如圖3-2所示 圖3-2 放大電路接線圖整流電路 由于輸入信號可能很小，而本文采用的整流器件是光耦p521，其輸入端內(nèi)部是發(fā)光二極管，所以輸入信號若太小就不能驅動該二極管，光耦就不能正常工作，所以必須有電壓放大電路。放大電路保證了

24、光耦正常工作所需的電壓，但通過光耦的電流不應超過光耦中發(fā)光二極管的額定電流，故在運放輸出端與光耦之間接入一較大電阻限流。要利用單片機的端口進行頻率測量，就必須把待測信號轉換成滿足單片機要求的方波脈沖信號。在本文中，光耦p521的使用就是為了實現(xiàn)這一要求。光耦p521的1、2兩腳為輸入，在內(nèi)部1腳接發(fā)光二極管的陽極，2腳接發(fā)光二極管的陰極，3、4腳為輸出端，內(nèi)部為一光敏三極管，3腳接三極管的集電極，4腳接發(fā)射極。所以當輸入信號的正半部分通過使輸入端的發(fā)光二極管導通發(fā)光時，輸出端的光敏三極管在二極管發(fā)出的光的作用下導通，當二極管截止時，光敏三極管也截止，隨著輸入信號的變化，光敏三極管隨著導通截止，

25、這樣在輸出端就產(chǎn)生了頻率和輸入信號相同的方波信號。整流電路見圖3-3。 圖3-3 整流電路接線圖3.1.3 數(shù)碼管顯示模塊本系統(tǒng)該部分的數(shù)據(jù)顯示采用數(shù)碼管動態(tài)顯示。動態(tài)顯示的接線見圖3-4。本系統(tǒng)中控制器at89c51的p0口用作字形口，p2口用作字位口。對應本文電路中的八位led顯示器，at89c51單片機內(nèi)部ram中設置了8個顯示緩沖單元0072h0079h，存放8位欲顯示的字符數(shù)據(jù)。at89c51單片機的p2口掃描輸出總是有一位為高電平，以選中相應的字位。單片機的p1口輸出相應位的顯示字符段數(shù)據(jù)，使該位顯示出相應字符，其它位為暗。依次改變p2口輸出為高電平的位及p0口輸出對應的段數(shù)據(jù)，8

26、位led顯示器就可以顯示出緩沖器中字符數(shù)據(jù)所確定的字符。3.1.4 數(shù)碼管顯示驅動模塊數(shù)碼管顯示驅動選用74ls245集成模塊。74ls245是我們常用的芯片，用來驅動led或者其他的設備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 74ls245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 1.當單片機的p0口總線負載達到或超過p0的最大負載能力時，必須接入74ls245等總線驅動器。 當片選端/ce低電平有效時，dir=“0”，信號由 b 向 a 傳輸（接收）；dir=“1”，信號由 a 向 b 傳輸（發(fā)送）；當ce為高電平時，a、b均為高阻態(tài)。由于p2口始終輸出地址的高8位，接

27、口時74ls245的三態(tài)控制端1g和2g接地，p2口與驅動器輸入線對應相連。p0口與74ls245輸入端相連,e端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。單片機的/rd和/psen相與后接dir，使得rd且psen有效時，74ls245輸入（p0.1d1），其它時間處于輸出（p0.1d1）。具體接線圖見圖3-4 3.2 幅度測量及顯示模塊的硬件設計顯示電路主要包括轉換電路，顯示電路，以及外圍電路。所實現(xiàn)的功能是只要有信號輸入，不需要調節(jié)就能直接顯示出信號波形。本設計中使用的主控芯片是at89c52。at89c52at89c52是 atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機。片內(nèi)含8k bytes的可

28、反復擦寫的只讀程序存儲器（perom）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準mcs-51指令系統(tǒng)及80c52 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash由存儲單元，at89c52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。主要工作特性：與mcs-51和80c52產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；片內(nèi)程序存儲內(nèi)含8kb的flash程序存儲器，1000 次可擦寫周期；其工作頻率 全靜態(tài)操作：0hz-24mhz；具有可編程的3級加密程序鎖定位；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含256字節(jié)的ram；具有32根可編程i/o口線；具有3個16 位可編

29、程定時計數(shù)器；中斷系統(tǒng)具有8個中斷源 6個中斷矢量 2級優(yōu)先權的中斷機構； 圖3-4 顯示模塊接線圖低功耗的工作模式有空閑模式和掉電模式；串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口；具有一個數(shù)據(jù)指針dptr。功能特性概述：at89c52 提供以下標準功能：片內(nèi)程序存儲內(nèi)含8kb的flash程序存儲器，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)含256字節(jié)的ram, 32個i/o口線，3個16 位定時計數(shù)器，中斷系統(tǒng)具有8個中斷源 6個中斷矢量，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，at89c52可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu 的工作，但允許ram，定時計數(shù)器串

30、行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位. 功能引腳說明：vcc:電源電壓gnd:地p0：p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時每位能吸收電流的方式驅動8個ttl 邏輯門電路，對端口p0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在flash由編程時，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。p1口：p1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，

31、p1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）與at89c51不同之處是，p1.0 和p1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2 ）和輸入（p1.1/t2ex) , flash編程和程序校驗期間，pl接收低8位地址，如下表3-1。p2口：p2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個ttl邏輯電路。對端口p2寫“1，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作

32、輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movxdptr 指令）時，p2送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器、如執(zhí)行movxri指令）時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。 表3-1 p1 引腳的特殊功能引腳號功能特性p1.0t2（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出。p1.1t2ex(定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制）flash編程或校驗時，p2亦接收高位地址和一些控制信號。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口。p3口輸出緩沖級可驅動(吸收

33、或輸出電流）4個ttl邏輯門電路。對p3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流（iil) . p3口除了作為一般的i/0口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-2所示：此外，p3口還接收一些用于flash閃速存儲器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使單片機復位。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

34、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at89c52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。 表3-2 p3口的第二功能端口引腳第二

35、功能p3.0rxd(串行口輸入)p3.1txd（串行口輸出）p3.2int0(外部中斷0）p3.3int1（外部中斷1）p3.4t0（定時/計數(shù)0）p3.5t1（定時/計數(shù)1）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）ea/vpp：外部訪問允許。欲使cpu 僅訪問外部程序存儲器(地址為0000h-ffffh ) , ea端必須保持低電平(接地）需注意的是：如果加密位lbi被編程，復位時內(nèi)部會鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平（接vcc端）, cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。flash存儲器編程時，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp ，當然這必須是該器件是使用

36、12v編程電壓vpp 。xta l1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端xta l2：振蕩器反相放大器的輸出端。特殊功能寄存器：在at89c52片內(nèi)存儲器中，80h-ffh共128個單元為特殊功能寄存器（sfe ) , sfr的地址符號及復位 如表3-3所示。表3-3 at89c52 sfr 符號及復位狀態(tài)地址符號及復位80hp0 11111111sp 00000111dpl00000000dph 00000000pcon0*000088htcon 00000000tmod 00000000tl0 00000000tl1 000000000th0 00000000th1 00000000

37、90hp1 1111111198hscon 0000000sbuf *0a0hp2 111111110a8hie 0*0000000b0hp3 111111110b8hip *0000000c0h0c8ht2con 00000000t2mod *000000rcap2l 00000000rcap2h 00000000tl2 00000000th2 000000000d0hpsw 000000000d8h0e0hacc 000000000e8h0f0hb 000000000f8h并非所有的地址都被定義，從80h-ffh共128 個字節(jié)只有一部分被定義，還有相當一部分沒有定義。對沒有定義的單元讀寫

38、將是無效的，讀出的數(shù)位將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應將數(shù)據(jù)1寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復位后這些單元數(shù)值總是“0”。at89c52除有定時/計數(shù)器0和定時/計數(shù)器1 外，還有定時/計數(shù)和狀態(tài)位位于t2con （參見表3-4) t2con（參見表3-5） ，寄存器對（rca02h、rcap2l）是定時器2在16 位捕獲方式或16位自動重裝載方式下的捕獲/自動重裝載寄存器。t2con地址=0c8h 復位值=0000 0000b 可尋地址表3-4定時/計數(shù)器2控制寄存器t2contf2exf2rcktclkexen2tr2c/t2cp/rl27

39、6543210符號功能tf2定時器2溢出標志。定時器2溢出時，又由硬件置位，必須由軟件 清0，當rclk=1或tclk=1時，定時器2溢出，不對tf2置位。exf2定時器2外部標志。當exen21，且當t2ex引腳上出現(xiàn)負跳變而出現(xiàn)捕獲或重裝載時，exf2置位，申請中斷此時如果允許定時器2中斷，cpu響應中斷，執(zhí)行定時器2中斷服務程序，exf2必須由軟件清除。當定時器2工作在向上或向下計數(shù)工作方式時（dcen=1) , exf2不能激活中斷。rclk接收時鐘允許。rclk=1時用定時器2溢出脈沖作為串行口（工作于工作方式1或3時）的接收時鐘，rclk=0，用定時器l的溢出脈沖作為接收時鐘 。t

40、clk發(fā)送時鐘允許。tclk=1時，用定時器2溢出脈沖作為串行口（工作于工作方式1或3時）的發(fā)送時鐘，rclk=0 用定時器l的溢出脈沖作為發(fā)送脈沖。exen2定時器2外部允許標志。當exen2=1時，如果定時器2未用于作串行口的波特率發(fā)生器，在t2ex端出現(xiàn)負跳變脈沖時，激活定時器2 捕獲或重裝載exen2=0，t2ex端的外部信號無效tr2定時器2啟動/停止控制位。tr2=l時，啟動定時器2 。c/t2定時器2定時方式或計數(shù)方式控制位。c/t20，選擇定時方式。c/t21時，選擇對外部事件計數(shù)方式（下降沿觸發(fā)）。cp/rl2捕獲/重裝載選擇。cp/rl2=l時，如exen2=l且t2en雙

41、端出現(xiàn)負跳變脈沖時發(fā)生捕獲操作。cp/rl2=0時，若定時器2溢出或exen2l條件下，t2en雙端出現(xiàn)負跳變脈沖，都會出現(xiàn)自動重裝載操作。當rclk=1或tclk=1時，該位無效，在定時器2溢出時強制其自動重裝載。中斷寄存器：at89c52有8個中斷源2個中斷優(yōu)先級，le寄存器控制各中斷位，lp寄存器中8個中斷源的每一個可定為2個優(yōu)先級。數(shù)據(jù)存儲器:at89c52有256個字節(jié)的內(nèi)部ram , 80hffh高128個字節(jié)與特殊功能寄存器（sfr）地址是重疊的，也就是高128字節(jié)的ram和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它們是分開的。 當一條指令訪問7fh以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用

42、的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高128字節(jié)ram還是訪問特殊功能寄存器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器例如，下面的直接尋址指令訪問特殊功能寄存器0a0h（即p2口）地址單元。mov 0a0h ，#data 間接尋址指令訪問高128字節(jié)ram ，例如下面的間接尋址指令中，r0的內(nèi)容為oaoh ，則訪問數(shù)據(jù)字節(jié)地址為0a0h , 而不是p2口（0a0h ）。mov ro ，#data堆棧操作也是間接尋址方式，所以，高128位數(shù)據(jù)ram亦可作為堆棧區(qū)使用。定時器o和定時器1at89c51的定時器o和定時器1的工作方式：定時2定時器2是一個16位定時計數(shù)器。它既可當定時器使用

43、，也可作為外部事件計數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能寄存器t2con（如表3-5 ）的c/t2位選擇。定時器2有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由t2con的控制位來選擇，參見表3-5 定時器2由兩個8位寄存器th2和tl2組成，在定時器工作方式中，每個機器周期tl2寄存器的值加1 ，由于一個機器周期由12個振蕩時鐘構成，因此，計數(shù)速率為振蕩頻率的1/l2 。在計數(shù)工作方式時，當t2引腳上外部輸入信號產(chǎn)生由1至o的下降沿時，寄存器的值加1，在這種工作方式下，每個機器周期的5sp2期間，對外部輸入進行采樣。若在第一個機器周期中采到的值為1，而在下

44、一個機器周期中采到的值為0 , 則在緊跟著的下一個周期的s3p1期間寄存器加l 。由于識別1至0的跳變需要2個機器周期（24個振蕩周期），因此，最高計數(shù)速率為振蕩頻率的1/24 為確保采樣的正確性，要求輸入的電平在變化前至少保持一個完整周期的時間，以保證輸入信號至少被采樣一次表3-5 定時器2工作方式rclx+tclkcp/rl2tr2mode00116-bit auto-reload01116-bit capture1x1baud rate generatorxx0(off)中斷：at89c52共有6個中斷向量：兩個外中斷（int0和inti) , 3個定時器中斷（定時器0、l、2）和串行口

45、中斷。這些中斷源可通過分別設置專用寄存器ie的置位或清0來控制每一個中斷的允許或禁止。ie也有一個總禁止位ea , 它能控制所有中斷的允許或禁止。3.2.1 顯示電路總體結構波形顯示電路主要是ad轉換電路，顯示模塊，見圖3-5。 圖3-5 波形顯示總接線圖3.2.2 單片機外圍電路設計晶振電路at89c52引腳xtal1和xtal2與晶體振蕩器y1及電容c1、c2按圖3-6所示方式連接。晶振、電容c1、c2及片內(nèi)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c1、c2的容量有關，但主要由晶振頻率決定，范圍在033mhz之間，電容c1、c2取值范圍在530pf之

46、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3-6 晶振部分接線圖復位電路：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pc0000h，使單片機從第個單元取指令。無論是在單片機剛開始接上電源時，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)，p1p3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3-7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c5上的電壓很小，復位下拉

47、電阻r2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)，由于電容c5足夠大，可以保證rst高電平有效時間大于24個振蕩周期，cpu能夠可靠復位。增加手動復位按鍵是為了避免死機時無法可靠復位。當復位按鍵按下后電容c5通過r1放電。當電容c5放電結束后，rst端的電位由r1與r2分壓比決定。由于r1r2 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)。r1的作用在于限制按鍵按下瞬間電容c3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護按鍵觸電。具體接線圖見圖3-7 。圖3-7

48、復位電路圖3.2.3 信號波形采集模塊本文中的信號數(shù)據(jù)采集器件采用的是a/d轉換器ad574a。ad574a是美國ad公司生產(chǎn)的12位逐次逼近型a/d轉換器，轉換時間為時間為25us，轉換精度小于等于0.05%。ad574片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種典型的8位或16位微處理器接口，且能與cmos及ttl電平兼容。由于ad574a片內(nèi)包含高精度的參考電壓源和時鐘電路，從而使該芯片在不需要任何外加電路和時鐘信號的情況下完成a/d轉換，應用非常方便。ad574a的性能及參數(shù)如下：1）逐次逼近型adc，可選擇工作于，也可工作于8位。轉換后的數(shù)據(jù)有兩種讀出方式：12位一次讀出；8位、4位兩

49、次讀出；2）具有可控三態(tài)輸出緩沖器，數(shù)字邏輯輸入輸出電平位ttl電平；3）非線性誤差：ad574aj為1lsb，ad574ak為1/2lsb；4）轉換時間：最大轉換時間為25us（屬于中檔速度）；5）輸入模擬信號可以是單極性的，也可以是雙極性的。單極性時，輸入信號范圍為0+10v和0+20v，從不同引腳輸入。雙極性輸入時，信號范圍為05v和010v，從不同引腳輸入；6）輸出碼制：單極性輸入時，輸出數(shù)字量為原碼；雙極性輸入時，輸出為偏移二進制碼；7）具有10.000v的高精度內(nèi)部基準電壓源，只需外接一只適當阻值的電阻，便可向dac部分的解碼網(wǎng)絡提供參考輸入。內(nèi)部具有時鐘產(chǎn)生電路，不需外部接線；8

50、）需三組電源：+5v、vcc（+12+15v）vee（-12-15v）。由于轉換精度高，所提供電源必須有良好的穩(wěn)定性，并進行充分濾波，以防止高頻噪聲的干擾；9）低功耗：典型功耗為390 mw。ad574a引腳功能：ad574a為28引腳雙列直插式封裝，各引腳功能如下：db11-db0：12位數(shù)據(jù)輸出線。通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出a/d轉換數(shù)據(jù)12/8 ：數(shù)據(jù)模式選擇。當此引腳輸入為高電平時，12位數(shù)據(jù)并行輸出；當此引腳為低電平時，與引腳a0配合，把12位數(shù)據(jù)分兩次輸出，參見表3-6。表3-6 ad574a的接口電路ad574a控制端標志意義cecsr/c12/8a0工作狀態(tài)0xxxx禁止x1

51、xxx禁止100x0啟動12位轉換100x1啟動8位轉換101接+5vx12位并行輸出有效101接0v0高8位并行輸出有效101接0v1低4位并行輸出有效應注意，此引腳不與ttl兼容，若要此引腳為高電平，則應接1腳；若要此引腳為低電平，應接腳15。a0：字節(jié)選擇控制。此引腳有兩個功能，一個功能是決定方式是12位還是8位。若a0=0，進行全12位轉換，轉換時間為25us；若a0=1，僅進行8位轉換，轉換時間為16us。另一個功能是決定輸出數(shù)據(jù)是高8位還是低4位。若a0=0，高8位數(shù)據(jù)有效；若a0=1，低4位數(shù)據(jù)有效，中間4位為“0”，高4位為高阻狀態(tài)。因此，低4位數(shù)據(jù)讀出時應遵循左對齊原則（即：

52、高8位+低4位+中間4位的0000）。：芯片選擇。當=0時，ad574a被選中，否則ad574a不進行任何操作。：讀/轉換選擇。當=1時，允許讀取結果；當=0時，允許a/d轉換。ce：芯片啟動信號。當ce=1時，允許讀取結果，到底是轉換還是讀取結果與有關。sts：狀態(tài)信號。sts=1表示正在進行a/d轉換，sts=0表示轉換已完成。refout：+10基準電壓輸出。refin：基準電壓輸入。只有由此腳把從“refout”腳輸出的基準電壓引入到ad574a內(nèi)部的12位dac（ad565），才能進行正常的a/d轉換。bipoff：雙極性補償。此引腳適當連接，可實現(xiàn)單極性或雙極性輸入。10vin：1

53、0v量程模擬信號輸入端。對單極性信號為10v量程的模擬輸入端，對雙極性信號為5v模擬信號輸入腳。20vin：20v量程輸入端。對單極性信號為20v量程的模擬輸入端，對雙極性信號為10v模擬信號輸入腳。dg：數(shù)字地。各數(shù)字電路（譯碼器、門電路、觸發(fā)器等）及“+5v”電源的地。 ag：模擬地。各模擬器件（放大器、比較器、多路開關、取樣保持器等）地及“+15v”和“-15v”電源地。vlog：邏輯電路供電輸入端，+5v。vcc：正電源端，為+12+15v。vee：負電源端，為-1215v在本系統(tǒng)電路中 ad574a的12/引腳接地，所以轉換后的12位數(shù)據(jù)要分兩次讀出， 、a0、與單片機的p2.7，p

54、2.6,p3.4相連。ad574a的12位數(shù)據(jù)輸出也接單片機的p0口，其中db0db3與db8db11位復用p0口的低四位。單片機的讀寫信號輸出經(jīng)一或非門接 ad574a的芯片啟動輸入腳ce，p3.2/腳接ad574a的狀態(tài)信號輸出引腳sts。ad轉換器采用雙極接線。具體接線圖見圖3-8。 3.2.4 顯示模塊本設計中的顯示部分是由單片機控制的lcd顯示的，采用19264作為顯示器件。19264是一種液晶顯示器。液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、pcb、線路板、背光源、結構件裝配在一起的組件。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。 圖3-8 信號采集接線（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(nèi)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。ym19264a 是一種圖形點陣液晶顯示器。它主要采