課程設(shè)計(jì)智能儀器設(shè)計(jì)

1、不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 題目 智能儀器設(shè)計(jì) 姓名王玉林 班級(jí) 測(cè)控10-5班 學(xué)號(hào) 1005010502 指導(dǎo)教師苑惠娟 成績(jī)2013年6月11日目錄第1章 緒論11.1 課程設(shè)計(jì)題目與要求1第2章 總體方案設(shè)計(jì)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(jì)33.1 顯示及鍵盤(pán)接口電路33.2 D/A轉(zhuǎn)換電路43.3 復(fù)位電路53.4 8路LED63.5 本章小結(jié)6第4章 軟件設(shè)計(jì)7第5章 PCB板設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試85.185.285.385.4 本章小結(jié)8第6章 系統(tǒng)標(biāo)定、

2、測(cè)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(xiàn)12心得體會(huì)13附錄14千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)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(jì)題目與要求設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)制作一個(gè)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(hù)編輯的特定形狀波形。示意圖如下：圖1 設(shè)計(jì)要求圖設(shè)計(jì)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(yùn)行過(guò)程中按要求亮。第2章 總體方案設(shè)計(jì)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(jī)為控制核心，P20、P21口接pcf8591p信號(hào)輸入并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，P3口接8路獨(dú)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(lèi)及頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)。在LED上實(shí)時(shí)的顯示波形的頻率和種類(lèi)，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(shí)，每周期只取80個(gè)點(diǎn)，在波形盡量不失真的前提下，使其頻率達(dá)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(dú)立按鍵PD/A轉(zhuǎn)換波形P1P0P1位選數(shù)碼顯示STC90C51系統(tǒng)復(fù)位系統(tǒng)時(shí)鐘2.3 波形發(fā)

4、生采用單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換pcf8591p實(shí)現(xiàn)波形的產(chǎn)生。通過(guò)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(yīng)的電壓波形。在STC90C51的P2.4P2.7口接獨(dú)立按鍵，通過(guò)軟件編程來(lái)選擇波形、頻率，每種波形對(duì)應(yīng)一個(gè)按鍵，頻率增加、減少對(duì)應(yīng)一個(gè)按鍵。2.4 顯示部分8段LED共陰極數(shù)碼管，P1口進(jìn)行位選，P0口輸出段選信號(hào)。2.5 按鍵部分采用獨(dú)立按鍵，它相比較矩陣鍵盤(pán)，按鍵的數(shù)目比少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作，執(zhí)行效率高。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路原理圖3.1 顯示及鍵盤(pán)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(dú)立按鍵組成。當(dāng)某一按鍵按下一次時(shí)，掃描程序掃描到之后，通過(guò)P0口將信號(hào)發(fā)送到LED。掃描及顯示利用程序?qū)崿F(xiàn)，不斷掃描獨(dú)立按鍵，當(dāng)某一按鍵按下時(shí)，隨即執(zhí)行程序段，完成相應(yīng)的功能。共陰極數(shù)碼管6路獨(dú)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(shí)鐘線SCL和90C51聯(lián)系。單片機(jī)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(duì)各種波形進(jìn)行抽樣，

6、然后把各種采樣值進(jìn)行編碼，收到的數(shù)字量存入各個(gè)波形表，執(zhí)行程序時(shí)通過(guò)查表的方法依次取出，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換后輸出就可以得到波形。如N個(gè)點(diǎn)構(gòu)成波形的一個(gè)周期，則PCF8591輸出N個(gè)樣點(diǎn)值后，樣值點(diǎn)形成運(yùn)動(dòng)軌跡，即一個(gè)周期。利用單片機(jī)的中斷時(shí)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(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開(kāi)始電容是沒(méi)有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過(guò)電阻給電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右（此時(shí)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(gè)微分脈沖，其寬度大于兩個(gè)機(jī)器周期，90C51復(fù)位。因此，復(fù)位腳的電

7、由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)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(jī)開(kāi)始正常工作（即上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位）；當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作（即手動(dòng)復(fù)位）。復(fù)位電路3.4 8路LED發(fā)光二極管用于按鍵檢測(cè)，檢查按鍵掃描是否成功，以驗(yàn)證程序的有效性。8路LED3.5 本章小結(jié)第4章 軟件設(shè)計(jì)主程序和子程序都存放在PCF8591單片機(jī)中。主程序的功能是：開(kāi)機(jī)做鍵盤(pán)掃描及顯示工作，然后根據(jù)用戶(hù)所按的鍵轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序進(jìn)行處理。子程序的功能有：延時(shí)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(gè)鍵。第5章 軟硬件調(diào)試5.1在單片機(jī)編程中主要出現(xiàn)了以下問(wèn)題：1) 鍵盤(pán)掃描時(shí)，多次掃描的問(wèn)題，最終加入循環(huán)語(yǔ)句，是按鍵松開(kāi)時(shí)執(zhí)行，解決。2) 共256個(gè)樣值點(diǎn)的正弦波輸出時(shí)，不能完整顯示的問(wèn)題，采用每隔3個(gè)樣值點(diǎn)輸出一個(gè)的方案，減少樣值數(shù)量從而增大輸出頻率。3) 中斷時(shí)間問(wèn)題，因?yàn)槎〞r(shí)器中斷時(shí)間過(guò)短引起的波形不能正常顯示問(wèn)題。最終考慮了D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間，以及程序段的執(zhí)行時(shí)間，使一次中斷時(shí)間不小于100毫秒，得以解決。4) 數(shù)碼管顯示的閃動(dòng)問(wèn)題，加大了對(duì)動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管的掃描頻率，更改了由浮點(diǎn)數(shù)構(gòu)成的頻率計(jì)算公式，解決了計(jì)算引起的程序執(zhí)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題。5) 正弦波頻率范圍問(wèn)題，通

9、過(guò)計(jì)算子程序段執(zhí)行時(shí)間，定時(shí)器中斷時(shí)間，DA轉(zhuǎn)換時(shí)間，最終確定頻率輸出范圍10hz800hz。5.2 本章小結(jié)千萬(wàn)不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫(xiě)在此行之前。心得體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我重新學(xué)習(xí)了以前的知識(shí)，學(xué)習(xí)了Altium designer這個(gè)軟件，學(xué)習(xí)硬件電路的設(shè)計(jì)，以及PCB的繪制。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)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(wèn)題，由于數(shù)碼管顯示的時(shí)間太長(zhǎng)，然后DA轉(zhuǎn)換的時(shí)候，導(dǎo)致DA不能正常工作，只能通過(guò)一小段延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)的數(shù)碼管的顯示，還有就是DA輸出波形時(shí)，數(shù)碼管不能顯示其輸出頻率，因?yàn)閯?dòng)態(tài)數(shù)碼管刷新的時(shí)間太快，以

10、至于在 轉(zhuǎn)換過(guò)程中不能顯示其頻率，通過(guò)按鍵調(diào)整其頻率效果不是很好，通過(guò)示波器顯示的波形不能很好的反映其真實(shí)頻率。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步加深對(duì)數(shù)碼管，按鍵的使用，以及常見(jiàn)波形的產(chǎn)生。這次的實(shí)踐主要掌握了一些編程技巧，學(xué)會(huì)了用軟件技術(shù)解決了按鍵抖動(dòng)的問(wèn)題，學(xué)會(huì)了中斷定時(shí)的使用，運(yùn)用動(dòng)態(tài)掃描顯示節(jié)省了IO口的使用。數(shù)碼管顯示的延時(shí)時(shí)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(zhǎng)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