《基于STC单片机虚拟示波器的设计》-毕业学术论文（设计）.docVIP

接口实验报告 题 目： 基于STC单片机虚拟示波器的设计 院（系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 测试计量技术及仪器 姓 名： 学 号： 指导老师： 职 称： 教 授 2012年8月1日 一．实验目的及意义 （1） 用单片机控制 AD7862 实现对交流电压、电流信号的采集和计算； （2） 将测量数据发送给PC机显示，并能响应PC机下传的指令将电压电流的波形数据上传至PC机显示； （3）学习用 VC 编写相应适合于虚拟仪器界面并显示数据与波形。通过实验掌握了计算机的串口通信方法，掌握了单片机接口电路的设计，掌握了 PC 机 VC 界面程序的设计。 二．方案论证 本设计中AD转换芯片选用的是AD7862-10.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60m。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和VA2,VB1和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+10、+2.5V或0-2.5V的输入电压范围。对模拟电压输入，具有过电保护功能，相对地，允许输入电压到达+17V，+7V，+7V，而不会造成损害。 本实验采用的微处理器是STC单片机。STC单片机使用方便，内存有256Bytes 片内RAM、8K Flash ROM,支持串口下载，易于在线编程调试。由于A/D的输出是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。 故需将单片机的两个口（P0、P2）分别与AD7862的DB0-DB11相连，即可完成数据的采集。 本设计利用MAX232芯片实现RS-232电平与TTL电平转换， 利用串行通信方式1将数据发给PC机，波特率为9600bit/s、无校验位；用VC++6.0编写相应的界面进行数据处理，控制和显示。 在实验的初级阶段采用的是每采集一次模拟电压值，就直接把12位的并行数据，利用串行通信方式1直接发给上位机。这时发现A/D7862每采样一个数据只需要4μs，单片机采用11.0592MHz的晶振，即单片机采集一次数据真正需要的时间只有十几μs，以正弦波每个周期至少20个点来表示计算，对于采集4KHz以下的正弦波是没有问题的。而如果从串口通信的波特率来说，如采用19200bit/s来计算，则只有44Hz以下的波形能采集了。对比之下可以看出，影响这种方案采集波形的主要瓶颈是波特率，如果在不变硬件的基础上采用其最高波特率57600bit/s的波特率传输数据，理论计的测量范围也只是0~130Hz。 在此基础上为了提高采样波形的频率范围，最后采用先采集保存再群组发送的方式，首先采集100个点，并将数字量存储在单片机的RAM中，然后群组发给上位机，这样可以大大的提高采样率，根据AD7862的时序图，还有单片机的一个机器周期大约1微秒，这样可以得出采理论上采样率大约40KHZ，要使得波形比较平滑的话，每个信号周期内至少应该采集20个点，这样算起来能采样到2KHZ的波形。经实验采样率最大只能达到20KHZ左右，同样换算最大能采样到1KHZ左右的波形。在下位机里采用定时器0的方式2对采样率进行设定，设定不同的采样率，就可以采样到低于1KHZ的不同频率段的波形。由于定时的时间比较短，采用方式2比较精确，但是最大只能定时255微秒，经换算最大能采样到196HZ，经调试最小频率能采集到10HZ左右。故采样的波形频率范围在10HZ-1000HZ。 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。 三、系统工作原理 系统由电源模块、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。 四、硬件电路 1、AD硬件电路设计如下。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的控制端与单片机的I/O相