波形采集、存储与回放系统 -课程设计报告

单片机课程设计报告

题目：波形采集、存储与回放系统

设计者1：负责任务：程序编写、报告

专业班级/学号：09应用电子技术⑤0906020

设计者2：负责任务：整合、调试、报告专业班级/学号：09应用电子技术⑤0906020

指导教师1：陈老师

答辩时间：2011-11-20

目录

一、选题的背景 (3)

1、选题的来源、意义和目的 (3)

2、课题承担人员及分工说明 (3)

二、课题总体设计说明 (3)

1、总体开发计划 (3)

2、课题所达到的功能目标、技术指标 (4)

3、课题总体设计方案，比较几个备选方案，确定最终方案 (4)

三、硬件设计说明 (5)

1、硬件总体设计方案 (6)

①主控芯片 (7)

②采集、回放电路 (7)

③控制按键 (7)

④显示模块 (7)

四、软件设计说明 (8)

1、软件总体设计方案 (8)

①软件设计目标 (8)

②软件功能模块划分 (8)

五、硬件调试说明 (11)

1、硬件性能测试 (11)

2、软件性能测试 (11)

六、课题开发总结 (11)

七、用户操作说明 (12)

八、参考资料 (12)

1、元件清单 (12)

2、原理图 (13)

３、硬件电路板外观图片 (12)

九、附件 (13)

1、元件清单 (14)

2、原理图 (14)

3、PCB版图 (15)

4、仿真图 (15)

5、硬件电路板外观图片 (15)

十、课题开发总结

1、任务完成情况总结 (16)

2、设计体会 (16)

3、设计工具 (16)

【摘要】

本设计是设计一款基于单片机STC85C52的波形采集存储与回放控制系统，其中单片机是整个控制系统的核心，结合AT24C04存储及PDF8591芯片A/D数据采集模块，可靠地实现对一路外部信号进行采集与存储。系统硬件可以分为模拟部分和数字部分。模拟电路主要包括按键电路、单片机的外围基本模块及A/D模块、D/A模块。数字部分主要由单片机STC85C52实现与AT24C04，用于数据的存储、传输和信号处理等。

关键词：单片机STC85C52；AT24C04；PDF8591；波形采集存储与回放；

一、选题的背景

1、选题的来源、意义和目的

来源：2011全国大学生电子设计竞赛试题；

意义：使我们更加理解全国大学生电子设计竞赛；

目的：通过波形采集、存储与回放系统的学习，学会液晶LCD1602、AD/DA 模块和EEPROM存储模块的使用

2、课题承担人员及分工说明

刘: 模块整合、编写程序、报告、程序调试、画PCB板

邓: 软硬件调试、报告、做板、绘制PROTEL与PROTUES原理图、写课程设计报告。

二、课题总体设计说明

1、总体开发计划

设计并制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图1 所示。该系统能同时采集两路周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上。如图2-1所示。

图2-1 采集回放系统示意图

2、课题所达到的功能目标、技术指标

（1）能完成对A 通道单极性信号（高电平约4V、低电平接近0V）、频率约1kHz 信号

的采集、存储与连续回放。要求系统输入阻抗不小于10 kΩ，输出阻抗不大于1kΩ；（2）采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。原信号与回放

信号电平之差的绝对值≤50 mV，周期之差的绝对值≤5%。

3、课题总体设计方案，比较几个备选方案，确定最终方案

（1）采样方式

方案一：实时采样。实时采样是在信号存在期间对其采样。根据采样定理，采用速率必须高于信号最高频率分量的两倍。对于周期的正弦信号，一个周期内应该大于两个采样点。为了不失真的恢复原被测信号，通常一个周期内就需要采样八个点以上。

方案二：等效时间采样法。采用中高速模数转换器，对于频率较高的周期性信号采用等效时间采样的方法，即对每个周期仅采样一个点，经过若干个周期后就可对信号各个部分采样一遍。而这些点可以借助步进延迟方法均匀地分布于信号波形的不同位置。其中步进延迟是每一次采样比上一次样点的位置延迟△t时间。只要精确控制从触发获得采样的时间延迟，就能够准确地恢复出原始信号。

等效时间采样虽然可以对很高频率的信号进行采样，可是步进延迟的采样技术与电路较为复杂。再者，它只限于处理周期信号，而且对单次触发采样无能为力。实时采样可以实现整个频段的全速采样，因此本设计采用方案一。

（2）A/D、D/A转换方式

方案一：采用ADC0809的8位单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，可以进行多数据采集。而地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，转换结果通过三态输出锁存器存放、输出。方案二：PCF8591是具有IIC接口，有AIN0~AIN3四个模拟输入通道和一个模拟输出通道，最多可以有8片8591连接到IIC总线。通过时钟线SCL和数据线SDA与单片机之间的数

据进行传输，故我们选择此方案。

（3）触发方式选择

要使屏幕上显示稳定的波形，则需将被测信号本身或者与被测信号有一定时间关系的触发信号加到触发电路。触发源选择确定触发信号由何处供给。通常有三种触发源：内触发(INT)、电源触发(LINE)、外触发EXT)。题目要求选择内触发，即使用被测信号作为触发信