課程設(shè)計智能儀器設(shè)計

1、不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印哈 爾 濱 理 工 大 學課 程 設(shè) 計 題目 智能儀器設(shè)計 姓名王玉林 班級 測控10-5班 學號 1005010502 指導教師苑惠娟 成績2013年6月11日目錄第1章 緒論11.1 課程設(shè)計題目與要求1第2章 總體方案設(shè)計22.1 工作原理22.2 系統(tǒng)組成22.3 波形發(fā)生22.4 顯示部分22.5 按鍵部分2第3章 硬件電路設(shè)計33.1 顯示及鍵盤接口電路33.2 D/A轉(zhuǎn)換電路43.3 復位電路53.4 8路LED63.5 本章小結(jié)6第4章 軟件設(shè)計7第5章 PCB板設(shè)計、安裝與調(diào)試85.185.285.385.4 本章小結(jié)8第6章 系統(tǒng)標定、

2、測試與精度分析96.196.296.396.4 本章小結(jié)9結(jié)論10致謝11參考文獻12心得體會13附錄14千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行第1章 緒論1.1 課程設(shè)計題目與要求設(shè)計任務(wù)：設(shè)計制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生三角波，梯形波等由用戶編輯的特定形狀波形。示意圖如下：圖1 設(shè)計要求圖設(shè)計要求：1.具有產(chǎn)生三角波、正弦波兩種種周期性波形的功能；2.頻率可調(diào)節(jié)，并顯示在數(shù)碼管上。3.LED在運行過程中按要求亮。第2章 總體方案設(shè)計2.1 工作原理根據(jù)題目的要求，制定了整

3、體方案：以STC90C51單片機為控制核心，P20、P21口接pcf8591p信號輸入并進行數(shù)模轉(zhuǎn)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(chǎn)生波形（分別是正弦波、方波），再由按鍵及按鍵次數(shù)控制產(chǎn)生波形的種類及頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)。在LED上實時的顯示波形的頻率和種類，波形在示波器上產(chǎn)生。正弦波波形的發(fā)生：在產(chǎn)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。2.2 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成總體框圖如下：P2.4P2.5獨立按鍵PD/A轉(zhuǎn)換波形P1P0P1位選數(shù)碼顯示STC90C51系統(tǒng)復位系統(tǒng)時鐘2.3 波形發(fā)

4、生采用單片機和數(shù)模轉(zhuǎn)換pcf8591p實現(xiàn)波形的產(chǎn)生。通過STC90C51執(zhí)行三角正弦波程序，向D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路輸出端得到相應的電壓波形。在STC90C51的P2.4P2.7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。2.4 顯示部分8段LED共陰極數(shù)碼管，P1口進行位選，P0口輸出段選信號。2.5 按鍵部分采用獨立按鍵，它相比較矩陣鍵盤，按鍵的數(shù)目比少，結(jié)構(gòu)簡單，方便操作，執(zhí)行效率高。第3章 硬件電路設(shè)計硬件電路原理圖3.1 顯示及鍵盤接口電路功能：led顯示，按鍵掃描。由LED數(shù)碼管顯示器和

5、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?qū)崿F(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。共陰極數(shù)碼管6路獨立按鍵3.2 D/A轉(zhuǎn)換電路功能：將波形樣值編碼轉(zhuǎn)換成模擬值，輸出波形。由一片PCF8591組成。PCF8591是具有I2C總線接口的8位A/D及D/A轉(zhuǎn)換器。有四路A/D轉(zhuǎn)換輸入，1路D/A模擬輸出，也就是既可以作D/A轉(zhuǎn)換也可以作A/D轉(zhuǎn)換。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(chǎn)生不同的輸出。先利用采樣定理對各種波形進行抽樣，

6、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(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后輸出就可以得到波形。如N個點構(gòu)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，也就是控制輸出的波形的頻率。D/A轉(zhuǎn)換電路圖3.3 復位電路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(nèi)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），RC構(gòu)成的微分電路在上電瞬間產(chǎn)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

7、由低電位升到高電位，引起了內(nèi)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）。復位電路3.4 8路LED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。8路LED3.5 本章小結(jié)第4章 軟件設(shè)計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(zhuǎn)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

8、形的轉(zhuǎn)換鍵等共4個鍵。第5章 軟硬件調(diào)試5.1在單片機編程中主要出現(xiàn)了以下問題：1) 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。2) 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。3) 中斷時間問題，因為定時器中斷時間過短引起的波形不能正常顯示問題。最終考慮了D/A轉(zhuǎn)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。4) 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(gòu)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。5) 正弦波頻率范圍問題，通

9、過計算子程序段執(zhí)行時間，定時器中斷時間，DA轉(zhuǎn)換時間，最終確定頻率輸出范圍10hz800hz。5.2 本章小結(jié)千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。“結(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。心得體會通過這次課程設(shè)計，我重新學習了以前的知識，學習了Altium designer這個軟件，學習硬件電路的設(shè)計，以及PCB的繪制。實驗過程中遇到了很多問題，例如DA轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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

10、至于在 轉(zhuǎn)換過程中不能顯示其頻率，通過按鍵調(diào)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。通過這次課程設(shè)計進一步加深對數(shù)碼管，按鍵的使用，以及常見波形的產(chǎn)生。這次的實踐主要掌握了一些編程技巧，學會了用軟件技術(shù)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IO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(chǎn)生閃爍的現(xiàn)象。 附 錄#include#include #define NOP() _nop_() #define _Nop() _nop_() bit ack;sbit SCL=P21; sbit SDA=P20;sbit k1=P22;sbi

11、t k2=P23;sbit k3=P24;sbit k4=P25;sbit k5=P26;sbit k6=P27;unsigned int wave=0,i=0;unsigned int sum=0,n=0,f=1;int g=0;unsigned char code Disp_Tab = 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共陰數(shù)unsigned char code dispbit6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf; /位選控制 查表的方法控制char sanjiao;char code sin2

12、56=0x80,0x83,0x86,0x89,0x8d,0x90,0x93,0x96,0x99,0x9c,0x9f,0xa2,0xa5,0xa8,0xab,0xae,0xb1,0xb4,0xb7,0xba,0xbc,0xbf,0xc2,0xc5,0xc7,0xca,0xcc,0xcf,0xd1,0xd4,0xd6,0xd8,0xda,0xdd,0xdf,0xe1,0xe3,0xe5,0xe7,0xe9,0xea,0xec,0xee,0xef,0xf1,0xf2,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfd,0xfe,0xff,0x

13、ff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xfe,0xfd,0xfd,0xfc,0xfb,0xfa,0xf9,0xf8,0xf7,0xf6,0xf5,0xf4,0xf2,0xf1,0xef,0xee,0xec,0xea,0xe9,0xe7,0xe5,0xe3,0xe1,0xdd,0xde,0xda,0xd8,0xd6,0xd4,0xd1,0xcf,0xcc,0xca,0xc7,0xc5,0xc2,0xbf,0xbc,0xba,0xb7,0xb4,0xb1,0xae,0xab,0xa8,0xa5,0xa2,0x9f,0x9c,0x

14、99,0x96,0x93,0x90,0x8d,0x89,0x86,0x83,0x80,0x80,0x7c,0x79,0x76,0x72,0x6f,0x6c,0x69,0x66,0x63,0x60,0x5d,0x5a,0x57,0x55,0x51,0x4e,0x4c,0x48,0x45,0x43,0x40,0x3d,0x3a,0x38,0x35,0x33,0x30,0x2e,0x2b,0x29,0x27,0x25,0x22,0x20,0x1e,0x1c,0x1a,0x18,0x16,0x15,0x13,0x11,0x10,0x0e,0x0d,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x

15、06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x02,0x01,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0d,0x0e,0x10,0x11,0x13,0x15,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,0x20,0x22,0x25,0x27,0x29,0x2b,0x2e,0x30,0x33,0x35,0x38,0x3a,0x3d,0x40,0x43,0x45,0x48,0x4c,0x

16、4e,0x51,0x55,0x57,0x5a,0x5d,0x60,0x63,0x66,0x69,0x6c,0x6f,0x72,0x76,0x79,0x7c,0x80;void start_i2c()SDA=1;_Nop();SCL=1;_Nop(); _Nop(); _Nop(); _Nop();_Nop();SDA=0;_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();SCL=0;_Nop();_Nop(); void SendByte(unsigned char c) unsigned char BitCnt; for(BitCnt=0;BitCnt8;BitCnt+)

17、 /*要傳送的數(shù)據(jù)長度為8位*/ if(c 0; i-) for(j = 200; j 0; j-);void ledshow(unsigned int f,unsigned int i)unsigned int LedOut6; LedOut3=Disp_Tabf%10000/1000; LedOut2=Disp_Tabf%1000/100; LedOut1=Disp_Tabf%100/10; LedOut0=Disp_Tabf%10; LedOut4=Disp_Tabf%100000/10000; LedOut5=Disp_Tabwave%2; P0 = LedOuti; P1 = dis

18、pbiti; void main() unsigned int ge,shi,bai,qian,wan; EA=1; ET0=1; ET1=1; TMOD=0x11; TR0=1;TR1=1; TH0=0xfc; TL0=0x17; TH0=0xfc; TL0=0x17; TH1=0xff; Tl1=0xf5; start_i2c(); SendByte(0x90); SendByte(0x40); while(1) if(k1=0) delay(50); if(k1=1) wave+; if(k2=0) delay(50); if(k2=1) ge+; if(ge9)&(ge=18)f=f-1;else ge=0; if(k3=0) delay(50); if(k3=1) shi+; if(shi9)&(shi=18)f=f-10;else shi=0; if(k4=0) delay(50); if(k4=1) bai+; if(bai9)&(bai=18)f=f-100;else bai=0; if(k5=0) delay(50); if(k5=1) qian+; if(qian9)&(qian=18)f=f-1000;else qian=0; if(k6=0) delay(50); if(k6=1) wan+; if(wan9)&(wan