1、毕业论文基于STC单片机虚拟简易示波器的设计题 目： 基于STC单片机虚拟简易示波器的设计 1实验目的及意义（1）学会利用AT89C5X系列单片机控制AD7862实现模拟的电压的采集；（2）学会利用串口与PC机进行通信 将测量数据发送给PC机，在PC机上利用Visual C+ 6.0编写上位机界面，并显示数据与波形；（3）通过应用Altium Designer 6软件掌握电路板的原理图绘制及pcb板的生成；（4）学会利用Keil uVision4软件编写并调试单片机的下位机程序 ，利用Keil uVision4与wave6000软件结合，对硬件电路采集来的数据进行分析。2. 试验内容及方案论证
2、在实际应用中，经常会遇到一些突发信号，需要对其进行高速采集，这种情况下采用高速的A/D自然成为首选。AD7862是AD公司推出的一个高速，低功耗，双12位的A/D转换，单+5V供电,功率为60mW。它包含两个4us的延时的ADC,两个锁存器，一个内部的+2.5V参考电压和一个高速并行输出端口。有四个模拟输入通道，分为两组，由A0选择。每一组通道有两个输入(VA1 & VA2 or VB1 & VB2)，它们能同时的被采样和转化，保存相对的信号信息。它可以接受+10v的输入电压范围（AD7862-10），+2.5(AD7862-3)和0-2.5v（AD7862-2）。对模拟电压输入，具有过电保护
3、功能，相对地，允许输入电压到达+17v，+7v，+7v，而不会造成损害，本实验选用AD7862-10。其具有以下主要特点：1、4通道模拟输入，2路同时转换（内置2个可同时工作的12位集成AD转换器）；2、4us转换时间，250ksps采样速率；3、可选模拟量输入10V(AD7862-10)；4、高速12位并行总线输出；5、内部提供+2.5V参考电压或者由外部提供参考电压;；6、单一电源工作。本实验采用的微处理器是STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机使用方便，它与AT89S52单片机具有相同的内核，内部有256 Bytes片内RAM、8K Flash ROM,支持串口下载，易于
4、在线编程调试，故采用这种单片机来做处理器。由于A/D的输出位数是12位，单片机的寄存器是8位的，所以要分成两次才能读得A/D转换的结果。本设计中，只需将单片机的两个IO口（P2、P0）分别与AD7862的DB0-DB11相连，即可完成数据采集基本硬件设计。本实验采用串口(RS232)将数据发送给PC机，波特率为9600、无校验；用VC 6.0编写相应的界面进行控制与显示。最终利用上位机对采集的数据进行处理，画出模拟信号的波形，并显示模拟信号的电压值、最大值、最小值和峰峰值等。 3.系统工作原理 系统由模拟信号输入、电源模块、AD采样模块、STC单片机控制模块、串口通信模块、计算机处理与显示模块
5、组成。电源模块提供总个系统工作的电压，保证系统正常工作。STC单片机控制AD采样电压值，并将电压值通过串口传送给上位机，上位机通过VC程序对数据进行处理和显示。上位机通过串口发送不同的标志位给下位机，控制下位机在不同的采样率下对模拟电压值进行采样。图1 数据采集系统结构框图4.硬件电路设计 1、串口进行通信模块：单片机串口为TTL电平，PC机串口为232电平，通过MAX232与单片机和AD芯片连接，实现电平转换和下位机和上位机的通信。图2 RS232电平与TTL电平转换电路2、AD模块设计如下。为了使得单片机能够更有效地控制AD7852工作，在连线的时候尽可能多地把AD7862的控制端与单片机
6、的I/O相连接，以便供以后升级使用。DB0-DB11是A/D转换后的数字量输出端口，它们分别与单片机的P1口P1.0-P1.3和P2和相连接，以便单片机把数字量读走。CONVST是AD7862转换开始触发端口，与单片机的P0.0连接，BUSY、RD和CS分别与P0.1、P0.2和P0.3相连，VA1和VA2，VB1和VB2分别是模拟电压信号的四个输入通道,下图中将A0接地，选择VA0或VA1。图3 AD7862硬件设计电路图 3、单片机控制模块电路图如图所示，单片机的控制AD采样，要保证电容和晶振振荡器给单片机提供合适的工作频率，此实验采用11.0592M晶振。图4 STC89C52硬件设计电
7、路图5.系统软件设计5.1下位机设计 下位机主要处理三方面的工作：一、是控制AD7862采集VA1端得模拟电压信号，得到数字量，并保存到单片机内部的RAM单元；二、是是通过定时器0的方式2定不同的采样率，得出所采波形的采样周期；三、是负责与PC通信，将保存的数据发送到PC，让上位机做处理。数据采集部分主要依据AD7862工作时序来完成。AD7862的工作时序图如下：图5 AD7862工作时序图如图5所示，CONVST、CS、RD、A0由单片机来控制，让AD采哪个通道、何时采集等；BUSY与单片机的INT0管脚相连从而通过外部中断0来提高AD7862的工作效率，当CONVST下降沿一来，AD转换
8、开始，这时两个锁存器同时锁存两个通道的模拟量，在大约3.6us之后，转换完成同时BUSY的下降沿向单片机申请外部中断0，这个时候AD7862的输出寄存器的数据是有效的，可以读取数据。A0为0可以读A通道。当/CS和/RD有效时，数据可以从12位的并行数据总线上读出。图6 下位机流程图下位机程序代码如下：#include#include #include typedef unsigned int uint;typedef unsigned char uchar;sbit convst=P00;/定义AD的CONVST(低有效)端口sbit BUSY=P01; /定义AD的BUSY端口sbit R
9、D1=P02; /定义AD的RD(低有效)端口sbit CS=P03;/定义AD的CS(低有效)端口uchar samplingCounter = 0;/采样计数器uchar samplingFlag = 0;/采样率标志位uchar sendFlag = 0;/串口发送标志位uchar AD_H = 0,AD_L = 0;uchar idata AD_result1202;void sentda(void);void AD_unit(void);void Micfo_unit(void);void main(void) AD_unit(); Micfo_unit(); while(1) if
10、(sendFlag) sentda(); sendFlag = 0; convst = 0;/开始AD转换 while(BUSY=1);/检测ADC忙信号线，等待AD转换完成，若完成则执行下一步 convst = 1; CS = 0; RD1 = 0; AD_resultsamplingCounter0 = P1&0x0f; AD_resultsamplingCounter1 = P2; RD1=1; samplingCounter+; /记录采样次数 if(samplingCounter = 120) /带采样120次后，将这120次的采样结果一次性发送给上位机 sendFlag = 1;
11、samplingCounter = 0; void AD_unit(void) /ADC初始化函数 CS=1; RD1=1; convst = 1;void Micfo_unit(void)/初始化串口和定时器0 SCON = 0x50;/ SCON:工作模式1，8-bit UART，允许接收 PCON|=0x80;/波特率倍增 TMOD = 0x20;/ TMOD：定时器T1，工作模式2, 8位自动重载方式 TH1 = 0xFD;/ 当波特率为19200时，定时器初值 TL1 = 0xFD; TR1 = 1;/开定时器1 ES = 1;/开串行中断 EA = 1;/开总中断 /串口发送子函数
12、，将读取到的串口数据发送给上位机void sentda(void) char i,j; for(j=0;j120;j+) for(i=0;i2;i+) SBUF = AD_resultji; while(!TI); TI = 0; 5.2 上位机设计 下位机给上位机发送数据的时候先发送12位数据的高4位，后发送12位数据的低8位，这个时候上位机要对接收到数据进行数据处理。在编写上位机程序的时候参考了串口调试助手的源程序，此源程序完成的功能是把接收到的数字量进行转换得到模拟电压的瞬时值，以及如何利用计算机串口向STC单片机发送命令，从而控制AD7862的采样率。PC对接收到的数据进行处理，PC读
13、回的数据是十六进制数，要经过一系列的处理，才能得到最后的显示值。首先要判断得到的数据对应的电压是正或是负的。若电压是正的，即数据小于2048，则处理公式如下： OUT=a*LSB式中a为得到的数字量，out为显示的电压，LSB为AD最小分辨电压。若电压为负的，即得到的数据大于等于2048，则处理公式如下： OUT=(a-4096)*LSBAD7862的转换结果输出是以二进制的补码表示的，当其输入电压为负时，数据处理的方法采用上面的方法，而不必还原成原码。 上位机的数据处理核心程序为： for(CONT=0;CONT= 0x0800) ResultDataCONT = ResultDataCON
14、T - 4096; dataCONT= float(ResultDataCONT)*20/4096+1.1; m_result=dataCONT; if (CONT=0|CONT=1) m_max=(float)m_result; m_min=(float)m_result; if (CONT1) if(m_max (float)m_result) m_min = (float)m_result; m_Vpp=m_max-m_min;此时就可以对采集的信号进行处理和分析，得到采集的电压值、最大最小值和峰峰值，并画出信号的波形图。6.系统调试根据方案设计的要求，调试过程共分三大部分：硬件调试、软
15、件调试和软硬件联调。电路按模块调试，各模块逐个调试通过后再联调。6.1硬件调试通过制作原理图、PCB板到做成板子将原件焊接完毕，这一过程都要保持一种认真的态度。为了方便调试，我在硬件电路中加了液晶和开关，采用分块调试的方法。电路由多个模块组成，AD转换电路、串口通信电路、单片机控制电路、调试电压电路。经调试，当采集低于10v电压时，液晶上能准确显示电压值，说明硬件电路总体工作。6.2 软件调试在确定编程思路以后将各模块的程序及各子程序编好，使用Keil进行调试，根据Keil提示的错误对程序进行修改。除了语法差错和逻辑差错外，当确认程序没问题时，用“伟福”开始调试，看其中值的变化，有错误时直接在
16、上面修改，直到能全部通过，并用串口调试助手看结果是否正确。最后下载到单片机进行调试，看是否能达到预期的目的。当下位机基本设计好后，就要设计上位机的内容了，由于VC+没有接触过，所以从最简单的开始搞，主要是进行数据处理和控制并显示出来，选择好串口号，点击“打开串口”和开始采集”按钮，画出波形并显示电压“当前值”、“最大值”、“最小值”和“峰峰值”。表示的值跟测量值基本符合。6.3 软硬联调下载程序到单片机后，利用串口调试助手首先查看是否输出空载电压和直流电压正确。在本次设计中，通过观察发现硬件电路输出正常，但输出数据不正确，所以问题锁定在程序的问题，经过多次进行程序的修改及调试，最终系统工作正常
17、。7.实验结果与误差分析将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，A/D 转换一般要经过取样、保持、量化及编码 4 个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。取样定理：设取样信号的频率为fs，输入模拟信号的最高频率分量的频率为fimax，则fs与fimax必须满足fs大于等于2fimax的关系。一般取fs大于2fimax。将取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号都需要一定的时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值，每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。在量化过程中，由于取样电压不一定能被
18、量化单位整除，所以量化前后不可避免地存在误差，此误差称之为量化误差。量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D 转换器的位数越多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小，分辨率也就越高。然而在实际的实验过程中，检测到的误差要远大于这个值，一般为10-30mV的样子。产生误差的因素有很多：（1）电源。USB电源的纹波比较大，幅值不稳定。在芯片的电源接口部分应加上相应的滤波电容，以减小电源波动对芯片的干扰。（2）数据字地与模拟地。特别对于AD芯片，数字地一定要与模拟地隔开，实际中用的是0欧姆电阻，它可以相当于很窄的电流通路，能够有效地限制环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用。（3
19、）干扰。单片机在传送数据的时候，由于外界干扰的存在可能会发送误码给上位机。此外上位机将得到的数据进行类型转换的时候也存在着误差，这给后来的曲线绘制带来了一些影响。另外要注意，加入的测试信号幅度不宜过大，正常范围为-10V到+10V，最大范围为-17V到+17V，否则超过最大范围的话会烧坏AD7862芯片；所加交流信号的频率由于受采集速率的限制也要控制在一定的范围之内。下面各图是分别对不同频率的信号进行数据采集结果：8.实验小结及体会 总结一下这次接口实验我的方法是：首先自己摸索学习，遇到问题查找相关资料观看和有关的视频教程；然后从网上搜索相话题看看别人做的东西；最后问他人，身边有很多比我学得好
20、的人，有的硬件好，有的软件强。（这在我要说一下，由于以前没有学过vc+,在学习过程中遇到很多的问题，查阅的资料也比较乱，后来在同学的介绍和帮助下使我在串口这一块有了不小的收获。）我觉得我不会放弃这么好的有用的资源的。然后是与别人讨论，交流思路，看看我的设计思路方法是不是有不合理之处。此外，在别人需要帮助的时候，给予提醒和讲解，不断充实自己。参考文献：1郭天祥等.51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略. 电子工业出版社,2008.2何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社,2004.3张洪润等.单片机应用设计200例.北京：北京航空航天大学出版社,2006.4孙余凯等.
21、电子元器件检测选用代换手册.电子工业出版社，2007.5谭思良等.Visual C串口通信工程开发实例导航M.北京.人民邮电出版社.20036兰吉昌等,单片机C 51完全学习守册. 北京：化学工业出版社，20087李朝青,PC机及单片机数据通信技术. 北京：北京航空航天大学出版社，20008求是科技,Visual C+ Visual Basic串并口开发技术工程应用实例导航. 北京：人民邮电出版社，20069龚建伟，熊光明等.Visual C/TurboC串口通信编程实践.北京：电子工业出版社，2004科技学院本科毕业论文（设计）管理办法第一章 总则第一条 本科毕业论文（设计）是人才培养方案的
22、重要组成部分，是培养学生科研能力和创新能力的重要实践环节，为保证毕业论文(设计)工作的顺利完成，加强规范化管理，提高毕业论文(设计)质量，根据教育部、省教育厅的有关规定要求，结合我院实际情况，特制定本办法。第二章 目的与要求第二条 毕业论文（设计）教学环节的目的，培养学生勇于探索的创新精神，实事求是、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。 第三条 使学生能综合运用所学的知识技能，提高思考问题、分析问题和解决实际问题的能力。第四条 培养学生从文献、科学实验、生产实践和调查研究中获取知识的能力，培养学生从事科学研究的兴趣，掌握科学研究的基本方法。第五条 对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论知
23、识处理问题的能力、实践能力、外语水平、计算机运用水平、书面及口头表达能力等进行一次全面的考核。第六条 要求所有毕业生必须撰写毕业论文（设计），各系要认真组织毕业论文（设计）工作，确保毕业论文（设计）的质量。第三章 组织管理第七条 全院的毕业论文（设计）工作按照分级分工的原则，负责毕业论文（设计）工作的管理、指导、检查、考核和总结。(一)教务处职责1.负责制定全院本科毕业论文(设计)管理规章制度。2.组织开展毕业论文（设计）工作的教学研究与改革。3.组织毕业论文（设计）工作的检查、评估和总结。4.审核答辩委员会组成人选，检查毕业答辩的过程。5.组织评选院级优秀毕业论文（设计）。(二)系职责1.成
24、立毕业论文（设计）工作领导小组，制定工作计划和安排。2.组织专业教研室成立专业答辩委员会。3.负责按照标准配备、审查、批准指导教师，组织指导教师培训。4.依据学院的毕业论文（设计）成绩评定标准，结合专业特点，制定本系各专业的具体评分标准和规范。5.负责本系学生毕业论文（设计）所需的场地、仪器设备的分配和保障。6.评选系优秀毕业论文（设计）。7.做好毕业论文（设计）工作总结与归档。(三)教研室职责1.根据指导教师的条件，提出指导教师名单。2.审查毕业论文（设计）题目及指导教师的安排，对不合格的题目提出修改意见。 3.组织审定毕业论文（设计）选题，落实一人一题的工作要求；定期检查毕业论文（设计）工
25、作的进度和质量。4.检查毕业论文（设计）任务书的填写情况。5.考核指导教师的工作，把握毕业论文（设计）的进度和质量。6.组织毕业论文（设计）的答辩和成绩评定工作。7.做好本专业优秀毕业论文（设计）的评选工作。8.认真进行工作总结，汇总毕业论文（设计）资料送系归档。(四)指导教师职责1.毕业论文（设计）题目确定后，指导教师要及时做好各项准备工作，其中包括拟定任务书，收集资料以及做好实验的准备工作，制定指导计划和工作程序。2.向学生下达科技学院毕业论文（设计）任务书（见附件3），并提出具体的要求，指定主要参考资料。3.审定学生的总体方案和工作计划，并定期检查学生的工作进度和工作量，及时解答和处理学
26、生提出的有关问题，严格要求学生。4.做好学生外文翻译的评阅工作。5.指导学生正确撰写毕业论文（设计）报告，并对报告写出评语。6.按科技学院毕业论文（设计）撰写规范（见附件1）要求检查学生论文撰写完成情况并填写科技学院毕业论文（设计）工作指导情况记录(附件4)。7.评定毕业论文（设计）成绩。8.做好毕业论文（设计）材料的整理归档工作。第四章 选题、开题第八条 选题时应遵循的原则(一)课题必须符合本专业的培养目标及教学基本要求，体现本专业基本训练的内容，使学生受到全面的锻炼。(二)课题应尽可能结合生产、科研和实验室建设等任务，减少虚拟题目的数量及比重。(三)课题的类型可以多种多样，贯彻因材施教的原
27、则，使学生的创造性得以充分发挥，利于提高课题成果的质量。(四)选题应力求有益于学生综合运用多学科的理论知识与技能。(五)课题要在保证教学基本要求的前提下，学生在培养方案规定的时间内，在指导教师指导下经过努力能够完成任务。(六)课题分配原则上每人一题，双方选择，学生在教师列入的选题中选题，也可以自主选定符合本专业的题目上报到指导教师，经指导教师审定、教研室批准后方可列入选题目录。经教研室审定，报系主任批准后，确定分配题目。教研室根据学生意向、学生本人的实际能力以及课题的类型、分量、难易程度，结合指导教师的意见进行综合平衡，最后确定课题分配，并以书面形式将课题任务书下达给学生，最终以系为单位将选题
28、情况汇总报教务处。 第九条 选题范围(一) 文、理、管、经、医类专业，应以完成毕业论文为主，题目以阐述理论原理和将理论原理应用于某些具体问题的课题为主，也可选择一些具有一定深度和难度的专题研究课题，使学生在分析问题方面得到较多的锻炼。(二)工科专业，应以完成毕业设计为主，题目以工程设计类型的课题为主，有条件的可以选择既有工程设计又有专题研究的课题，使学生既能受到工程师的基本训练，又掌握本专业的基本技能。（三）艺术类专业，应以毕业设计为主，毕业设计题目通过指导教师与学生沟通制定，毕业设计应有设计作品。(四)鼓励不同学科（专业）相互交叉、相互渗透，扩大学生知识面，开拓眼界，提高质量。第十条 开题学
29、生接受毕业论文(设计)任务后，应在指导教师指导下制定工作计划，进行文献查阅、资料收集、实习调研、实验研究，在规定的时间内填写科技学院本科毕业论文(设计)开题报告（见附件2），经指导教师审查同意后报教研室批准，即可开始撰写毕业论文(设计)。第十一条 毕业调研(一)学生可根据毕业论文(设计)选题或选题意向进行毕业调研，深入社会，对某一行业、某一事件或问题，对其客观实际情况进行调研，将调查了解到的全部情况和材料进行分析研究。(二)学生在教师指导下要精心选择调研对象。调研对象要有分析价值，包括理论价值和应用价值。调研和分析后得出的结论及建议要尽可能实现从个别到一般的提升，避免就事论事。(三)在教师指导下完成调研报告。第五章 毕业论文(设计)指导第十二条 指导教师毕业论文（设计）实行指导教师负责制。每个指导教师应对学生整个毕业论文（设计）阶段的教学活动全面负责。(一)指导教师条件及要求1.毕业论文（设计）指导教师应作风严谨、有较高的业务水平和实践经验。指导教师一般应由讲师或相当于讲师及以上职称、具有丰富理论和实践教学经验的教师担任。
