課程設計--智能儀器設計

1、<p>　　不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課程設計題目與要求1</p><p>　　第2章 總體方案設計2</p><p>　　2

2、.1 工作原理2</p><p>　　2.2 系統(tǒng)組成2</p><p>　　2.3 波形發(fā)生2</p><p>　　2.4 顯示部分2</p><p>　　2.5 按鍵部分2</p><p>　　第3章 硬件電路設計3</p><p>　　3.1 顯示及鍵盤接口電路3</p

3、><p>　　3.2 D/A轉換電路4</p><p>　　3.3 復位電路5</p><p>　　3.4 8路LED6</p><p>　　3.5 本章小結6</p><p>　　第4章 軟件設計7</p><p>　　第5章 PCB板設計、安裝與調試8</p><

4、p><b>　　5.18</b></p><p><b>　　5.28</b></p><p><b>　　5.38</b></p><p>　　5.4 本章小結8</p><p>　　第6章 系統(tǒng)標定、測試與精度分析9</p><p>

5、<b>　　6.19</b></p><p><b>　　6.29</b></p><p><b>　　6.39</b></p><p>　　6.4 本章小結9</p><p><b>　　結論10</b></p><p>

6、;<b>　　致謝11</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　心得體會13</b></p><p><b>　　附錄14</b></p><p>　　千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上

7、點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課程設計題目與要求</b></p><p>　　設計任務：設計制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產生三角波，梯形波等由用戶編輯的特定形狀波形。</p

8、><p><b>　　示意圖如下：</b></p><p><b>　　圖1 設計要求圖</b></p><p><b>　　設計要求：</b></p><p>　　1.具有產生三角波、正弦波兩種種周期性波形的功能；</p><p>　　2.頻率可調節(jié)，并顯

9、示在數(shù)碼管上。</p><p>　　3.LED在運行過程中按要求亮。</p><p><b>　　總體方案設計</b></p><p><b>　　工作原理</b></p><p>　　根據(jù)題目的要求，制定了整體方案：以STC90C51單片機為控制核心，P2^0、P2^1口接pcf8591p信號輸入

10、并進行數(shù)模轉換，P3口接8路獨立按鍵，P1口接8路LED ，P0口接數(shù)碼管顯示，由程序控制P2口產生波形（分別是正弦波、方波），再由按鍵及按鍵次數(shù)控制產生波形的種類及頻率在一定范圍內可調。在LED上實時的顯示波形的頻率和種類，波形在示波器上產生。正弦波波形的發(fā)生：在產生正弦波時，每周期只取80個點，在波形盡量不失真的前提下，使其頻率達到的值盡量大，以便示波器顯示。</p><p><b>　　系統(tǒng)組成&

11、lt;/b></p><p>　　系統(tǒng)組成總體框圖如下：</p><p><b>　　波形發(fā)生</b></p><p>　　采用單片機和數(shù)模轉換pcf8591p實現(xiàn)波形的產生。通過STC90C51執(zhí)行三角正弦波程序，向D/A轉換器的輸入端按I2C總線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，從而在D/A轉換電路輸出端得到相應的電壓波形。在STC90C51的P2.4—

12、P2.7口接獨立按鍵，通過軟件編程來選擇波形、頻率，每種波形對應一個按鍵，頻率增加、減少對應一個按鍵。</p><p><b>　　顯示部分</b></p><p>　　8段LED共陰極數(shù)碼管，P1口進行位選，P0口輸出段選信號。</p><p><b>　　按鍵部分</b></p><p>　　采

13、用獨立按鍵，它相比較矩陣鍵盤，按鍵的數(shù)目比少，結構簡單，方便操作，執(zhí)行效率高。</p><p><b>　　硬件電路設計</b></p><p><b>　　硬件電路原理圖</b></p><p><b>　　顯示及鍵盤接口電路</b></p><p>　　功能：led顯示，按

14、鍵掃描。</p><p>　　由LED數(shù)碼管顯示器和獨立按鍵組成。當某一按鍵按下一次時，掃描程序掃描到之后，通過P0口將信號發(fā)送到LED。掃描及顯示利用程序實現(xiàn)，不斷掃描獨立按鍵，當某一按鍵按下時，隨即執(zhí)行程序段，完成相應的功能。</p><p><b>　　共陰極數(shù)碼管</b></p><p><b>　　6路獨立按鍵</b&

15、gt;</p><p><b>　　D/A轉換電路</b></p><p>　　功能：將波形樣值編碼轉換成模擬值，輸出波形。</p><p>　　由一片PCF8591組成。PCF8591是具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉換器。有四路A/D轉換輸入，1路D/A模擬輸出，也就是既可以作D/A轉換也可以作A/D轉換。</p>&

16、lt;p>　　PCF8591靠數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL和90C51聯(lián)系。單片機以I2C協(xié)議向PCF8591發(fā)送數(shù)字編碼，產生不同的輸出。先利用采樣定理對各種波形進行抽樣，然后把各種采樣值進行編碼，收到的數(shù)字量存入各個波形表，執(zhí)行程序時通過查表的方法依次取出，經過D/A轉換后輸出就可以得到波形。如N個點構成波形的一個周期，則PCF8591輸出N個樣點值后，樣值點形成運動軌跡，即一個周期。利用單片機的中斷時間控制輸出周期的速度，也就

17、是控制輸出的波形的頻率。</p><p><b>　　D/A轉換電路圖</b></p><p><b>　　復位電路</b></p><p>　　單片機的復位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右（此時間很短一般小于0.3秒）

18、，RC構成的微分電路在上電瞬間產生一個微分脈沖，其寬度大于兩個機器周期，90C51復位。因此，復位腳的電由低電位升到高電位，引起了內部電路的復位工作，RST端電壓慢慢下降，降到一定電壓值以后，即為低電平，單片機開始正常工作（即上電復位，也叫初始化復位）；當按下復位鍵時，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進行了一次復位工作（即手動復位）。</p><p><b>　　復位電路</b><

19、;/p><p><b>　　8路LED</b></p><p>　　發(fā)光二極管用于按鍵檢測，檢查按鍵掃描是否成功，以驗證程序的有效性。</p><p><b>　　8路LED</b></p><p><b>　　本章小結</b></p><p><b&

20、gt;　　軟件設計</b></p><p>　　主程序和子程序都存放在PCF8591單片機中。主程序的功能是：開機做鍵盤掃描及顯示工作，然后根據(jù)用戶所按的鍵轉到相應的子程序進行處理。子程序的功能有：延時子程序、中斷程序、顯示子程序、按鍵子程序，按鍵子程序中有頻率的加和減鍵、波形的轉換鍵等共4個鍵。</p><p><b>　　軟硬件調試</b></p

21、><p>　　在單片機編程中主要出現(xiàn)了以下問題：</p><p>　　鍵盤掃描時，多次掃描的問題，最終加入循環(huán)語句，是按鍵松開時執(zhí)行，解決。</p><p>　　共256個樣值點的正弦波輸出時，不能完整顯示的問題，采用每隔3個樣值點輸出一個的方案，減少樣值數(shù)量從而增大輸出頻率。</p><p>　　中斷時間問題，因為定時器中斷時間過短引起的波形不

22、能正常顯示問題。最終考慮了D/A轉換時間，以及程序段的執(zhí)行時間，使一次中斷時間不小于100毫秒，得以解決。</p><p>　　數(shù)碼管顯示的閃動問題，加大了對動態(tài)顯示數(shù)碼管的掃描頻率，更改了由浮點數(shù)構成的頻率計算公式，解決了計算引起的程序執(zhí)行時間過長問題。</p><p>　　正弦波頻率范圍問題，通過計算子程序段執(zhí)行時間，定時器中斷時間，DA轉換時間，最終確定頻率輸出范圍10hz—800h

23、z。</p><p><b>　　本章小結</b></p><p>　　千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結論”以前的所有正文內容都要編寫在此行之前。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設計，我重新學習了以前的知識，學習了Altium desig

24、ner這個軟件，學習硬件電路的設計，以及PCB的繪制。實驗過程中遇到了很多問題，例如DA轉換不能正常工作，還有就是數(shù)碼管顯示的問題，由于數(shù)碼管顯示的時間太長，然后DA轉換的時候，導致DA不能正常工作，只能通過一小段延時來實現(xiàn)的數(shù)碼管的顯示，還有就是DA輸出波形時，數(shù)碼管不能顯示其輸出頻率，因為動態(tài)數(shù)碼管刷新的時間太快，以至于在 轉換過程中不能顯示其頻率，通過按鍵調整其頻率效果不是很好，通過示波器顯示的波形不能很好的反映其真實頻率。通過這

25、次課程設計進一步加深對數(shù)碼管，按鍵的使用，以及常見波形的產生。</p><p>　　這次的實踐主要掌握了一些編程技巧，學會了用軟件技術解決了按鍵抖動的問題，學會了中斷定時的使用，運用動態(tài)掃描顯示節(jié)省了I／O口的使用。數(shù)碼管顯示的延時時間影響數(shù)碼管的亮度及是否產生閃爍的現(xiàn)象。</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　#in

26、clude<reg52.h></p><p>　　#include <intrins.h></p><p>　　#define NOP() _nop_() </p><p>　　#define _Nop() _nop_()</p><p><b>　　bit ack;</b><

27、/p><p>　　sbit SCL=P2^1; </p><p>　　sbit SDA=P2^0;</p><p>　　sbit k1=P2^2;</p><p>　　sbit k2=P2^3;</p><p>　　sbit k3=P2^4;</p><

28、;p>　　sbit k4=P2^5;</p><p>　　sbit k5=P2^6;</p><p>　　sbit k6=P2^7;</p><p>　　unsigned int wave=0,i=0;</p><p>　　unsigned int sum=0,n=0,f=1;</p><p&

29、gt;<b>　　int g=0;</b></p><p>　　unsigned char code Disp_Tab[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共陰數(shù)</p><p>　　unsigned char code dispbit[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7

30、,0xef,0xdf}; //位選控制 查表的方法控制</p><p>　　char sanjiao;</p><p>　　char code sin[256]={0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,</p><p>　　0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,

31、0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,</p><p>　　0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,</p><p>　　0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,</p><p&g

32、t;　　0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0xff,</p><p>　　0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,</p><p>　　0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,

33、0xf2,0xf1,</p><p>　　0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xdd,0xde,0xda,</p><p>　　0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,</p><p>　　0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0

34、xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x99,</p><p>　　0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,</p><p>　　0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,</p><

35、;p>　　0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,</p><p>　　0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,</p><p>　　0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0

36、x08,0x07,0x06,</p><p>　　0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,</p><p>　　0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,</p><p>　　0x06,0x07,0x08,0x

37、09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,</p><p>　　0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,</p><p>　　0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x4e,</p>

38、<p>　　0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x72,</p><p>　　0x76,0x79,0x7c,0x80};</p><p>　　void start_i2c()</p><p><b>　　{</b></p><p>&

39、lt;b>　　SDA=1;</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　SCL=1;</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b>

40、;</p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　SDA=0;</b></p><p><

41、;b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b>

42、;</p><p><b>　　SCL=0;</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　void

43、 SendByte(unsigned char c)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char BitCnt;</p><p>　　for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++) /*要傳送的數(shù)據(jù)長度為8位*/</p><p><b>　

44、　{</b></p><p>　　if((c<<BitCnt)&0x80)SDA=1; /*判斷發(fā)送位*/</p><p>　　else SDA=0; </p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　SCL=1;

45、 /*置時鐘線為高，通知被控器開始接收數(shù)據(jù)位*/</p><p><b>　　_Nop(); </b></p><p>　　_Nop(); /*保證時鐘高電平周期大于4μs*/</p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>

46、　　_Nop();</b></p><p>　　_Nop(); </p><p><b>　　SCL=0; </b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>

47、<b>　　_Nop();</b></p><p>　　SDA=1; /*8位發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線，準備接收應答位*/</p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　_Nop(); </p><p><b>　　SCL=1;<

48、/b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p>　　if(SDA==1)ack=0; </p><p>　　

49、else ack=1; /*判斷是否接收到應答信號*/</p><p><b>　　SCL=0;</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　_Nop();</b></p><p><b>　　}</b&

50、gt;</p><p>　　void delay(unsigned int i)</p><p><b>　　{char j;</b></p><p>　　for(i; i > 0; i--)</p><p>　　for(j = 200; j > 0; j--);</p><p>&l

51、t;b>　　}</b></p><p>　　void ledshow(unsigned int f,unsigned int i)</p><p>　　{unsigned int LedOut[6];</p><p>　　LedOut[3]=Disp_Tab[f%10000/1000];</p><p>　　LedOut[2

52、]=Disp_Tab[f%1000/100];</p><p>　　LedOut[1]=Disp_Tab[f%100/10];</p><p>　　LedOut[0]=Disp_Tab[f%10];</p><p>　　LedOut[4]=Disp_Tab[f%100000/10000];</p><p>　　LedOut[5]=Disp_T

53、ab[wave%2];</p><p>　　P0 = LedOut[i];</p><p>　　P1 = dispbit[i]; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p>

54、<p>　　unsigned int ge,shi,bai,qian,wan;</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p>　　TMOD=0x11

55、;</p><p>　　TR0=1;TR1=1;</p><p><b>　　TH0=0xfc;</b></p><p><b>　　TL0=0x17;</b></p><p><b>　　TH0=0xfc;</b></p><p>　　TL0=0x17

56、; </p><p><b>　　TH1=0xff;</b></p><p><b>　　Tl1=0xf5;</b></p><p>　　start_i2c();</p><p>　　SendByte(0x90);</p><p>　　SendByte(0x40);<

57、/p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(k1==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(50);<

58、/p><p><b>　　if(k1==1)</b></p><p><b>　　wave++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(k2==0)</b></p><p>　　{ delay

59、(50);</p><p><b>　　if(k2==1)</b></p><p><b>　　{ ge++;</b></p><p><b>　　if(ge<=9)</b></p><p><b>　　f=f+1;</b></p>&

60、lt;p>　　else if((ge>9)&(ge<=18))</p><p><b>　　f=f-1;</b></p><p>　　else ge=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

61、;<p><b>　　if(k3==0)</b></p><p>　　{ delay(50);</p><p><b>　　if(k3==1)</b></p><p><b>　　{ shi++;</b></p><p>　　if(shi<=9)</p

62、><p><b>　　f=f+10;</b></p><p>　　else if((shi>9)&(shi<=18))</p><p><b>　　f=f-10;</b></p><p>　　else shi=0;</p><p><b>　　}&l

63、t;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(k4==0)</b></p><p>　　{ delay(50);</p><p><b>　　if(k4==1)</b></p><p><b>　　

64、{ bai++;</b></p><p>　　if(bai<=9)</p><p><b>　　f=f+100;</b></p><p>　　else if((bai>9)&(bai<=18))</p><p><b>　　f=f-100;</b></p&

65、gt;<p>　　else bai=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(k5==0)</b></p><p>　　{ delay(50);</p><p>

66、<b>　　if(k5==1)</b></p><p><b>　　{ qian++;</b></p><p>　　if(qian<=9)</p><p><b>　　f=f+1000;</b></p><p>　　else if((qian>9)&(qia

67、n<=18))</p><p><b>　　f=f-1000;</b></p><p>　　else qian=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(k6=

68、=0)</b></p><p>　　{ delay(50);</p><p><b>　　if(k6==1)</b></p><p><b>　　{ wan++;</b></p><p>　　if(wan<=9)</p><p>　　f=f+10000;&

69、lt;/p><p>　　else if((wan>9)&(wan<=18))</p><p>　　f=f-10000;</p><p>　　else wan=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

70、;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void intime1()interrupt 1</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　TR0=0;</b><

71、/p><p>　　ledshow(f,sum);</p><p><b>　　sum++;</b></p><p><b>　　if(sum>5)</b></p><p><b>　　sum=0;</b></p><p><b>　　TH0=

72、0xfc;</b></p><p>　　TL0=0x17; </p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void intime2()interrupt 3</p><p>　　{ TH1=0xf

73、f;</p><p>　　TH1=0xf5; </p><p><b>　　n++;</b></p><p>　　if(n>=(100000/(255*f)))</p><p><b>　　{ n=0;</b></p><p>　　if((wave%2)==0)<

74、/p><p><b>　　{</b></p><p>　　SendByte(sin[i]);</p><p><b>　　i++;</b></p><p>　　if(i==256)</p><p><b>　　i=0;</b></p><

75、p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{if(g==0)</b></p><p>　　{SendByte(sanjiao);</p><p>　　sanjiao=sanjiao+2;</p>&

76、lt;p>　　if(sanjiao>=256)</p><p><b>　　g=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(g==1)</b></p><p>　　{sanjiao=sanjiao-2;</p>

77、<p>　　SendByte(sanjiao);</p><p>　　if(sanjiao==0)</p><p><b>　　g=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>