高職汽車(chē)檢修與維修專業(yè)畢業(yè)論文-汽車(chē)電子鐘設(shè)計(jì)

1、<p>　　江蘇廣播電視大學(xué)五年制（高職）</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)課題 汽車(chē)電子鐘設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 校 江蘇廣播電視大學(xué) </p><p>　　年 級(jí) 0606

2、 </p><p>　　專 業(yè) 汽車(chē)檢測(cè)與維修 </p><p>　　姓 名 趙曉東 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 0602170120 </p><p>　　指導(dǎo)教師 胡昊 職稱 &

3、lt;/p><p>　　二○一一 年 三 月</p><p>　　題目：汽車(chē)電子鐘設(shè)計(jì)</p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 汽車(chē)檢測(cè)與維修0606班 </p><p>　　姓 名： 趙曉東 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 胡昊

4、 </p><p><b>　　江蘇廣播電視大學(xué)</b></p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要太簡(jiǎn)單，應(yīng)包括研究目的，研究?jī)?nèi)容，解決了什么主要問(wèn)題，取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效果（應(yīng)該有半頁(yè)紙）</p><p>　　傳統(tǒng)汽車(chē)電子鐘，其電子信號(hào)的產(chǎn)生通常通過(guò)頻譜搬移的方

5、法，這造成了系統(tǒng)復(fù)雜，性能不佳，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。本文研究并設(shè)計(jì)了一種新穎的低頻電子系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)C8051F020控制直接頻率合成（DDS）芯片AD9851直接產(chǎn)生電子信號(hào)、通過(guò)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)后再由單片機(jī)A/D 轉(zhuǎn)換進(jìn)行峰值采樣，最后對(duì)數(shù)據(jù)處理后由液晶輸出電子曲線。系統(tǒng)簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，也解決了傳統(tǒng)電子儀性能不佳的問(wèn)題。通過(guò)此課題的研究，基本掌握了汽車(chē)電子鐘的設(shè)計(jì)方法，以及對(duì)調(diào)試過(guò)程中常見(jiàn)故障的分析和排除，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)同類儀器鋪平道路。

6、</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；直接頻率合成（DDS）；A/D轉(zhuǎn)換；液晶顯示；低頻電子</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘　要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　目 錄

7、III</b></p><p><b>　　圖表目錄IV</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1概述1</b></p><p><b>　　1.2項(xiàng)目要求1</b></p

8、><p>　　1.3汽車(chē)電子鐘簡(jiǎn)介2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案分析4</p><p>　　2.2.1電子信號(hào)的發(fā)生5</p><p>　　2.2.2 電子信號(hào)的處理5</p&

9、gt;<p>　　2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.3.1汽車(chē)主控電路6</p><p>　　2.3.2 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.3.3 正弦波電子信號(hào)產(chǎn)生電路8</p><p>　　2.3.4 1M低通濾波電路11</p><p>　　2.3.5 系統(tǒng)穩(wěn)壓電源

10、電路11</p><p>　　第三章 軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1 軟件的基本結(jié)構(gòu)13</p><p>　　3.2 人機(jī)對(duì)話模塊14</p><p>　　3.3 正弦信號(hào)電子模塊15</p><p><b>　　第四章 結(jié)論18</b></p>&l

11、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　致謝20</b></p><p><b>　　圖表目錄</b></p><p>　　圖1. 1 簡(jiǎn)易頻率特性測(cè)試儀方框圖1</p><p>　　圖1. 2 傳統(tǒng)的電子儀原理2</p>

12、<p>　　圖1. 3 傳統(tǒng)電子信號(hào)發(fā)生器3</p><p>　　圖1. 4 超外差接收機(jī)原理3</p><p>　　圖2. 1 汽車(chē)電子鐘的總體設(shè)計(jì)圖4</p><p>　　圖2. 2　DDS正弦波發(fā)生器框圖5</p><p>　　圖2. 3 微處理器控制接口框圖6</p><p>　　圖2

13、. 4汽車(chē)主控電路框圖7</p><p>　　圖2. 5 液晶接口電路7</p><p>　　圖2. 6 鍵盤(pán)接口電路8</p><p>　　圖2. 7 AD9851內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖9</p><p>　　圖2. 8 單雙極性變換電路11</p><p>　　圖2. 9 1M低通濾波電路11</p>

14、;<p>　　圖2. 10 ±5V電源電路12</p><p>　　圖3. 1 主程序流程圖13</p><p>　　圖3. 2 主菜單界面15</p><p>　　圖3. 3 并行通信時(shí)序圖16</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>

15、;<b>　　1.1（概述）</b></p><p>　　當(dāng)今世界，電子科技飛速發(fā)展，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，影響著人們的衣、食、住、行。但現(xiàn)有電子科研實(shí)驗(yàn)室缺少頻率在1MHz以下的電子儀器，嚴(yán)重阻礙了科研人員的創(chuàng)作速度。傳統(tǒng)汽車(chē)電子鐘的不足主要是獲得低頻信號(hào)的手段是通過(guò)頻譜搬移的方法，這造成了系統(tǒng)復(fù)雜，性能不佳，價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)。為此，本文設(shè)計(jì)提出了一種新穎的汽車(chē)電子鐘，該汽車(chē)電子鐘的特點(diǎn)是

16、頻帶足夠?qū)?，可覆蓋超低頻和低頻段，并能保證幅度穩(wěn)定，線性良好。而且把智能儀器的概念引入設(shè)計(jì)中，使其操作簡(jiǎn)單，易于使用。本文針對(duì)傳統(tǒng)電子儀在低頻段的缺陷，在電子源部分拋棄了頻譜搬移的方法，采用了直接產(chǎn)生低頻超低頻信號(hào)的器件，可獲得性能優(yōu)異的低頻、超低頻的電子信號(hào)：在峰值采樣部分利用數(shù)字方法代替模擬方法，并借鑒逐次比較型A/D的思路，解決了高頻段和低頻段在進(jìn)行峰值采樣時(shí)所發(fā)生的矛盾。在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，把智能儀器的概念引入該項(xiàng)目，利用微處理器

17、的強(qiáng)大功能進(jìn)行系統(tǒng)管理，使智能型電子儀的操作簡(jiǎn)單易用，減少了人為誤差發(fā)生的可能性。顯示部分采用液晶顯示儀，降低了功耗，便于攜帶。頻率范圍：0.2Hz-200KHz 。幅度要求：在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，幅度保持不變。智能要求：操作方</p><p>　　1.2（ 汽車(chē)電子鐘簡(jiǎn)介）</p><p>　　由信號(hào)與系統(tǒng)的理論可知，每一個(gè)系統(tǒng)給予某一種的激勵(lì)(輸入)，它將完成某一種既定的功能(輸出)。對(duì)于

18、線性時(shí)不變系統(tǒng)(現(xiàn)實(shí)情況大多基本滿足或近似滿足)，它的既定功能是確定的，并具有以下性質(zhì)：當(dāng)某一頻率的信號(hào)通過(guò)某個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)，頻率不受系統(tǒng)的影響，幅度和相位根據(jù)系統(tǒng)對(duì)此頻率的而交化，這種幅度和相位的交化我們稱其為該系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。當(dāng)將一變頻信號(hào)輸入某一系統(tǒng)，根據(jù)其頻率響應(yīng)我們可獲得該系統(tǒng)的很多有用信息。電子測(cè)量技術(shù)是根據(jù)以上原理而發(fā)展起來(lái)的。</p><p>　　對(duì)于某個(gè)系統(tǒng)，我們用某種方法測(cè)出所關(guān)心頻段的頻

19、率響應(yīng)，則對(duì)此系統(tǒng)在此頻段的性質(zhì)也就一清二楚了。電子測(cè)量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，我們把能夠?qū)崿F(xiàn)電子測(cè)量功能的設(shè)備或儀器成為電子儀。電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，是和電子裝置、電子方式的發(fā)展有很大的關(guān)系。在最初，電子測(cè)量時(shí)采用點(diǎn)截法(離散法或靜態(tài)法)測(cè)量時(shí)，采用電壓表作為接收信號(hào)指示器，把頻率由低調(diào)高，由電壓表讀出數(shù)值，然后手工畫(huà)出曲線。在五十年代出現(xiàn)連續(xù)的(動(dòng)態(tài)法)電子測(cè)量技術(shù)。使信號(hào)的頻率在某一個(gè)頻段內(nèi)連續(xù)周期性變化，然后取出包絡(luò)，在顯示器件(一般為示波

20、器)上顯示[1]。其基本原理為如圖1.2所示。</p><p>　　圖1. 2傳統(tǒng)的電子儀原理</p><p>　　動(dòng)態(tài)法最早的測(cè)量裝置所使用的電子方式是機(jī)械電子，用一個(gè)小馬達(dá)帶動(dòng)振蕩器振蕩回路中可變電容器或帶動(dòng)機(jī)械調(diào)諧的速調(diào)管，以改變振蕩器的振蕩頻率實(shí)現(xiàn)電子。到了六十年代則以鐵氧磁電子為主，在微波電子測(cè)量中，電壓調(diào)諧的返波管代替了機(jī)械調(diào)諧的速調(diào)管。七十年代初期，電子方式已轉(zhuǎn)向變?nèi)荻O管電

21、子，出現(xiàn)了固態(tài)微波電子信號(hào)源。返波管因其壽命有限，己經(jīng)很少采用?，F(xiàn)在電子測(cè)量所使用的電子方式，基本上是變?nèi)莨茈娮雍透邔?dǎo)磁率的YIG小球磁電子?，F(xiàn)在電子測(cè)量裝置，已向著一機(jī)多能的方向發(fā)展。如兼有電子儀和頻譜儀功能的電子頻譜儀。</p><p>　　超低頻、低頻網(wǎng)絡(luò)或部件在航天、航空、地震、生物醫(yī)療等方面有著較廣泛的應(yīng)用，如醫(yī)療上，低頻脈沖治療機(jī)頻率可低至0.1Hz以下，心電圖機(jī)的頻率響應(yīng)需在0.1Hz-40Hz左右

22、，并且對(duì)于甚低頻標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)有著更廣泛的應(yīng)用。因此，汽車(chē)電子鐘顯得十分重要。</p><p>　　汽車(chē)電子鐘電子范圍要求電子儀的電子信號(hào)振蕩器必須有良好的性能。傳統(tǒng)的汽車(chē)電子鐘采用頻譜搬移的方法，電子源低端頻率很難達(dá)到0.2Hz，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其電子信號(hào)發(fā)生器如圖1.3所示。</p><p>　　圖1. 3傳統(tǒng)電子信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　圖中的固定振蕩器和電子振

23、蕩器都工作在高頻，為了得到性能良好的低頻電子信號(hào)，對(duì)這兩類信號(hào)和低通濾波器的性能指標(biāo)為：</p><p>　　定頻信號(hào)：對(duì)ω 的穩(wěn)定度指標(biāo)非常嚴(yán)格，基本要求不變；</p><p>　　可變頻信號(hào)：ω的變化范圍要求非常小，并且ω的中心頻率要求等于ω；</p><p>　　低通濾波器要求導(dǎo)通段頻率響應(yīng)變化很小，導(dǎo)通段和截止段的過(guò)渡變化很快 。</p>&l

24、t;p>　　以上要求是非?？量痰?，兩高頻振蕩器的頻率很接近，沒(méi)有特殊措施的情況下，容易產(chǎn)生頻率牽引，造成頻率精度差，電子寬度也受到限制。并且此方法的后級(jí)顯示也很復(fù)雜，因?yàn)榈皖l載波信號(hào)的包絡(luò)頻率與載波頻率接近，很難用常規(guī)方法檢波，必須采用超外差接收機(jī)形式[2]。原理如圖1.4所示。</p><p>　　圖1. 4 超外差接收機(jī)原理</p><p>　　綜上所述，傳統(tǒng)的汽車(chē)電子鐘的電路結(jié)

25、構(gòu)極其復(fù)雜、造價(jià)高且性能差、精度低。按照此思路，即使采用先進(jìn)數(shù)字集成電路和頻率合成技術(shù)也難使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、性能提高。</p><p>　　1.3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排</p><p><b>　　一、 基本要求</b></p><p>　　1、基本測(cè)試頻率范圍1KHz —10KHz，能測(cè)出±3dB帶寬。LED(或LCD)顯示，測(cè)量精度

26、大于10% 。</p><p>　　2、能夠測(cè)量被測(cè)電路的電壓傳輸增益（所測(cè)電壓增益范圍為-20—+20dB之間），并顯示該增益數(shù)字，測(cè)量精度大于10% 。</p><p>　?。ㄗⅲ罕粶y(cè)量電路輸入信號(hào)是周期正弦波信號(hào)、幅度通常在100mV到1V之間選擇，增益測(cè)試通常在電路的中心頻率上進(jìn)行）</p><p><b>　　發(fā)揮部分：</b><

27、;/p><p>　　1、能夠測(cè)試出被測(cè)電路頻率響應(yīng)圖形并用LCD液晶顯示；</p><p>　　2、測(cè)試頻率范圍擴(kuò)大至20KHz —50KHz。</p><p>　　二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)基本思想</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易電路頻率特性測(cè)試裝置，參考示意圖如圖1.1所示：</p><p><b>　　需要進(jìn)一步描述&

28、lt;/b></p><p>　　圖1. 1簡(jiǎn)易頻率特性測(cè)試儀方框圖</p><p><b>　　三、章節(jié)安排</b></p><p><b>　　每章內(nèi)容簡(jiǎn)單介紹</b></p><p>　　第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p

29、><p>　　汽車(chē)電子鐘的總體設(shè)計(jì)如圖2.1所示。由圖可見(jiàn)，汽車(chē)電子鐘分為三大功能塊：數(shù)控電子儀、微處理器和人機(jī)界面。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能為：</p><p>　　(1) 用戶從人機(jī)界面的鍵盤(pán)處輸入指令對(duì)電子儀進(jìn)行設(shè)置 。</p><p>　　(2) 微處理器在獲取指令之后，對(duì)指令進(jìn)行處理，首先判斷指令是否輸入正確，如不正確，回到(1)。如正確，進(jìn)行計(jì)算以獲取測(cè)量所需數(shù)據(jù)

30、。</p><p>　　(3)微處理器根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)控電子儀進(jìn)行電子控制，并獲取電子測(cè)量的結(jié)果。</p><p>　　(4)在完成測(cè)量之后，微處理器對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，并把處理結(jié)果送入人機(jī)界面中的液晶顯示儀中進(jìn)行圖形顯示。</p><p>　　圖2. 1汽車(chē)電子鐘的總體設(shè)計(jì)圖</p><p>　　2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案分析</p

31、><p>　　對(duì)智能型汽車(chē)電子鐘而言，數(shù)控電子儀為智能型汽車(chē)電子鐘的核心。它由電子源、峰值采樣、輸入輸出三個(gè)部分構(gòu)成。</p><p>　　根據(jù)第一章的系統(tǒng)分析可知，傳統(tǒng)電子儀的電子源采用頻譜搬移的方法，低頻段的性能不佳。按頻譜搬移的思路設(shè)計(jì)，由于器件的物理特性的關(guān)系，改進(jìn)的余地不大。并且按此思路構(gòu)造的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，器件眾多，系統(tǒng)誤差大，不利于數(shù)字化控制。我們拋棄了頻譜搬移的方法，利用DDS芯

32、片AD9851可直接產(chǎn)生低頻信號(hào)，此舉可使低頻信號(hào)穩(wěn)定，并且精度很高。如要滿足測(cè)量?jī)x器部分可控化的要求，則需要轉(zhuǎn)換電子源的模擬設(shè)計(jì)思路，由模擬設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)換為數(shù)字設(shè)計(jì)方式。即電子儀的頻率變化不是連續(xù)的，而是離散的(對(duì)應(yīng)于第一章中的點(diǎn)測(cè)法)。由于微處理器的介入，使得點(diǎn)測(cè)法中的手工調(diào)整頻率和手工繪制頻譜圖改為機(jī)器操作，大大的減小了人為誤差。此舉可能會(huì)帶來(lái)部分系統(tǒng)誤差，但只要頻率間隔足夠小，這部分系統(tǒng)誤差是非常小的；雖然此處付出的系統(tǒng)誤差增大的

33、代價(jià)，但可以使輸入輸出部分和峰值采樣部分的系統(tǒng)誤差大幅度降低，導(dǎo)致整個(gè)儀器的系統(tǒng)誤差減小[3]。</p><p>　　因此，系統(tǒng)的電子信號(hào)我們由DDS AD9851 產(chǎn)生并由單片機(jī)C8051F020進(jìn)行峰值采樣。</p><p>　　2.2.1電子信號(hào)的發(fā)生</p><p>　　(1)正弦信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　主要有以下三種方案：&

34、lt;/p><p>　　1)由可控振蕩器（MAX038），數(shù)控電流源（MX7541及其附屬器件），數(shù)控鎖相環(huán)路（MC145151）,系統(tǒng)頻段切換要由處接振蕩電容完成，不易控制且系統(tǒng)復(fù)雜。</p><p>　　2)鎖相頻率合成技術(shù)（PLL），PLL方式雜散小，易集成，但存在高分辨率與高轉(zhuǎn)換速度之間的矛盾，相位噪聲高，一般只能用于大步進(jìn)的頻率合成器。</p><p>　　3

35、)直接式數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS），DDS方式較前兩種頻率合成技術(shù)，具有頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、頻率穩(wěn)定度高（與晶振一致）、輸出相位連續(xù)、相位噪聲低、可編程、頻率步進(jìn)小、全數(shù)字化、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用DDS技術(shù)合成正弦信號(hào)源是目前頻率合成領(lǐng)域中最為先進(jìn)的技術(shù)。本系統(tǒng)正弦信號(hào)發(fā)生器采用該方案。其框圖如圖2.2所示。</p><p>　　圖2. 2　DDS正弦波發(fā)生器框圖</p><p>

36、　　2.2.2 電子信號(hào)的處理</p><p>　　為了保證峰值采樣的精度，在被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)必須有足夠多的采樣點(diǎn)。假設(shè)峰值采樣的最大誤差為5%：則一個(gè)周期內(nèi)的采樣個(gè)數(shù)為：</p><p>　　S= 4 /(1- A) = 19.786≈20 (個(gè)) 其中A=arcsin(1-ω)/90為誤差。本項(xiàng)目的最高頻率為50KHz，即采樣頻率達(dá)1MHz可保證較高的采樣精度，C8051F020

37、在8位采樣頻率可達(dá)500KHz，能完全達(dá)到基本要求及部分?jǐn)U展要求。（不理解，上面的計(jì)算方法怎么來(lái)的） </p><p>　　并且，由于采用了微處理器對(duì)其進(jìn)行控制，還必須有一數(shù)字接口。其原理如圖所2.3所示[4]。</p><p>　　圖2. 3 微處理器控制接口框圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1汽

38、車(chē)主控電路</p><p>　　(1) 主控芯片介紹</p><p>　　C8051F是美國(guó)Cygnal公司的8位片上系統(tǒng)(System On Chip，簡(jiǎn)稱SOC)型單片機(jī)系列，采用該公司的CIP51微控制器內(nèi)核，即在原有的8051內(nèi)核基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合增加相應(yīng)的智能外設(shè)(IP)及接口，使得整個(gè)控制電路部分的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)變得簡(jiǎn)便迅捷；穩(wěn)定性和可靠性大大提高。C8051F020是該系列

39、中功能較強(qiáng)、內(nèi)部集成資源相當(dāng)豐富的一款。主要的內(nèi)部資源介紹［4］：</p><p>　　1）大容量的Flash程序存儲(chǔ)空間（64K）和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間RAM（4K+256）；</p><p>　　2）8個(gè)8位的I/O口端；</p><p>　　3）8路8位ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率，最大為500Ksps；8路12位ADC，可編程轉(zhuǎn)換速率，最大為100Ksps；</

40、p><p>　　4）2個(gè)12位DAC，可同步輸出，用于產(chǎn)生無(wú)抖動(dòng)波形；</p><p>　　5）5個(gè)通用的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器；</p><p>　　6）可編程16為計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA），有5個(gè)捕捉/比較模塊，6種工作方式；</p><p>　　7）硬件SMBus（I2C兼容）、SPI及兩個(gè)增強(qiáng)型UART串口；</p>&l

41、t;p>　　8）2個(gè)模擬、比較器，16可編程回差電壓值，可用產(chǎn)生中斷或復(fù)位；</p><p>　　9）內(nèi)部電壓基準(zhǔn)（2.4V），也可以使用外部電壓基準(zhǔn)；精確的VDD監(jiān)視器和降壓檢測(cè)器；專用的看門(mén)狗。</p><p>　　(2) 主控電路框圖</p><p>　　本系統(tǒng)以美國(guó)Cygnal公司的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片C8051F020為核心，控制DDS芯片AD9851

42、，產(chǎn)生相應(yīng)頻率和相位的正弦信號(hào)。通過(guò)中文菜單操作來(lái)靈活實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)幅、ASK和FSK等功能。單片機(jī)主控電路的框圖如圖2.4所示。（為什么不是電路圖，是保密嗎?）</p><p>　　圖2. 4單片機(jī)主控電路框圖</p><p>　　2.3.2 人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)以圖形點(diǎn)陣液晶（HG12864）和64鍵鍵盤(pán)智能管理芯片HD7279A構(gòu)成人機(jī)接

43、口的硬件基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套與之相配套的菜單式操作系統(tǒng)［5］，系統(tǒng)的人機(jī)交互界面友好。液晶接口電路如圖2.5所示，和鍵盤(pán)接口電路如圖2.6所示。</p><p>　　圖2. 5液晶接口電路</p><p>　　圖2. 6鍵盤(pán)接口電路</p><p>　　2.3.3 正弦波電子信號(hào)產(chǎn)生電路</p><p><b>　　DDS芯片的介紹:&

44、lt;/b></p><p>　　系統(tǒng)的數(shù)控電子信號(hào)都由DDS芯片AD9851產(chǎn)生，下面對(duì)AD9851的有關(guān)性能予以介紹。</p><p>　　AD9851由高速DDS電路、數(shù)據(jù)輸入寄存器、頻率相位數(shù)據(jù)寄存器、高速D/A轉(zhuǎn)換和比較器組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。</p><p>　　其中，高速DDS電路又由32位相位累加器和正弦查詢表組成。正弦查詢表內(nèi)存儲(chǔ)了一

45、個(gè)周期正弦波的數(shù)字幅度信息，每個(gè)地址對(duì)應(yīng)正弦波中0～360范圍的一個(gè)相位點(diǎn)。每送入一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，查詢表就把形成的地址信息映射成正弦波幅度信號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量［6］。</p><p>　　AD9851系統(tǒng)時(shí)鐘的最高頻率可以達(dá)到180MHz。為了提高系統(tǒng)的電磁兼容能力，AD9851內(nèi)部集成了一個(gè)6倍頻器，若外部接入的參考頻率選用20MHz，則經(jīng)過(guò)AD9851內(nèi)部6倍頻后，系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率相當(dāng)于120

46、MHz。由頻率合成公式可計(jì)算出，在此頻率下的最大分辨率為（公式的導(dǎo)出需要說(shuō)明清楚，或推導(dǎo)，或引用，下同）</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　可滿足課題步進(jìn)的要求。</p><p>　　圖2. 7 AD9851內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　AD9851內(nèi)部有5個(gè)8位輸入數(shù)據(jù)寄存器，其中3

47、2位用于裝載頻率控制字FSW。單片機(jī)通過(guò)對(duì)32位控制字的賦值可精確控制最終合成的信號(hào)頻率，F(xiàn)SW與之間的轉(zhuǎn)換公式為</p><p>　　fc是什么？ （2.2）</p><p><b>　　相位控制字為</b></p><p>　?。橄辔豢刂谱郑?（2.3）</p>

48、<p>　　頻率控制字可通過(guò)并行方式或串行方式裝入到AD9851。在并行裝入方式中，需要向數(shù)據(jù)輸入寄存器連續(xù)裝入5次數(shù)據(jù)。</p><p>　　由于DDS采用全數(shù)字技術(shù)，因而不可避免會(huì)存在雜散干擾，直接影響輸出信號(hào)的質(zhì)量。理想DDS的輸出頻譜結(jié)構(gòu)是以sinc()函數(shù)為包絡(luò)的離散譜線族，如圖2.5所示。</p><p>　　圖2. 5 DDS理想頻譜</p><

49、;p>　　頻譜線只在(L=0,1,2,…)處存在。當(dāng)L=0時(shí)，DDS的輸出頻率，當(dāng)L≠0時(shí)，其輸出頻率是雜散信號(hào)的頻率，其中，L=1時(shí)雜散信號(hào)幅度最大，其雜散信號(hào)的頻率為，最接近有用信號(hào)的輸出頻率。稱為Nyquist頻率，當(dāng)接近時(shí)，濾波很難實(shí)現(xiàn)。實(shí)際設(shè)計(jì)要求DDS的最大輸出頻率選取在0.4處，此時(shí)最大的雜散頻率為0.6。顯然，DDS的最大輸出頻率越小，系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率越大，輸出頻率與最大雜散頻率就越容易分離。</p>

50、<p>　　綜上所述，選擇AD9851可以全面滿足本課題的要求，并有一定的余量。</p><p>　　AD9851的DDS系統(tǒng)包括相位累加器和正弦查找表，其中，相位累加器由一個(gè)加法器和一個(gè)32位相位寄存器組成，相位寄存器的輸出與外部相位控制字相加后作為正弦查找表的地址。正弦查找表實(shí)際上是一個(gè)相位/幅度轉(zhuǎn)換表，它包括一個(gè)正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)正弦波的0°～360°范圍

51、的一個(gè)相位點(diǎn)。查找表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)10位的D/A轉(zhuǎn)換器，輸出2個(gè)互補(bǔ)的電流，在其輸出端接一個(gè)取樣電阻，即可得到輸出波形的幅度。</p><p>　　基于上述，得到正弦信號(hào)方法如下：</p><p><b>　　設(shè)正弦波信號(hào)頻率為</b></p><p><b>　?。?.4）</b>&l

52、t;/p><p>　　在AD9851中，頻率分辨率為</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　只要通過(guò)單片機(jī)向AD9851送入與相對(duì)應(yīng)的頻率控制字，就可得到式4.1表示的正弦波</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　AD9

53、851輸出的正弦波幅度由其內(nèi)部電路和外接電阻決定。當(dāng)其Iout、Ioutb端各接100Ω電阻時(shí)，其輸出波形無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）最好。本設(shè)計(jì)采用此方法，其滿度輸出正電壓VOPP≈1V。由AD9851的內(nèi)部電路特性可知，其輸出的正弦信號(hào)為一個(gè)單極性的波形［7］，數(shù)學(xué)表達(dá)式為</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　需要進(jìn)行單雙極性變換。通

54、過(guò)采用差分輸入的運(yùn)放，實(shí)現(xiàn)了單雙極性變換，電路如圖2.8所示。</p><p>　　圖2. 8單雙極性變換電路</p><p>　　通過(guò)上面的變換電路后，其輸出的波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式為</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　2.3.4 1M低通濾波電路</p><p>　

55、　(1) DDS輸出信號(hào)的放大與低通濾波電路</p><p>　　DDS采用全數(shù)字技術(shù)，因而不可避免會(huì)存在雜散干擾，需要進(jìn)行電路濾波。我們采用1M的LC橢圓低通濾波器，能達(dá)到系統(tǒng)要求,如圖2.9所示（參考還是自己設(shè)計(jì)）。如何保證1M的截止頻率可以進(jìn)行系統(tǒng)函數(shù)分析與仿真</p><p>　　圖2. 9 1M低通濾波電路</p><p>　　2.3.5 系統(tǒng)穩(wěn)壓電源電

56、路</p><p>　　根據(jù)器件性能的要求，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)±5V的直流穩(wěn)壓電源，而且要求電源的紋波應(yīng)盡量的小，以減少對(duì)輸出信號(hào)的干擾。本電源采用橋式全波整流、大電容濾波、三端穩(wěn)壓器件穩(wěn)壓的方法產(chǎn)生±5V直流電壓，固定輸出的三端穩(wěn)壓芯片為L(zhǎng)M7805和LM7905。穩(wěn)壓管的輸出通過(guò)電容和電感濾波；數(shù)字部分與模擬部分用電感隔離，這樣就可以得到紋波系數(shù)很小的直流電壓［8］，具體電路如圖2.10所示。&

57、lt;/p><p>　　圖2.10 ±5V電源電路</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)這章是本文的重點(diǎn)應(yīng)詳細(xì)說(shuō)明，篇幅應(yīng)大，不然字?jǐn)?shù)會(huì)太少。</p><p>　　第三章 軟件系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　內(nèi)容太少，更詳細(xì)地介紹設(shè)計(jì)思想，特點(diǎn)，一些設(shè)計(jì)過(guò)程（偽代碼或流程圖）以及抗干擾措施。</p><p>　　3

58、.1 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)也是本課題的一項(xiàng)重要內(nèi)容，本課題的軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法［9］，將系統(tǒng)軟件劃分為：人機(jī)對(duì)話模塊、正弦信號(hào)電子模塊、A/D采樣模塊、顯示模塊。全部原代碼均使用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫(xiě)，并附帶有注釋，增加了本系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性。主程序流程圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3. 1主程序流程圖</p><

59、p><b>　　部分主程序</b></p><p>　　#include "c8051f020.h" //單片機(jī)頭文件</p><p>　　#include "delay.h" //延遲頭文件 </p><p>　　#include "clcdtxt.h&

60、quot; //LCD頭文件</p><p>　　#include "config.c" //配置頭文件</p><p>　　void main (void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　WDTCN = 0xde;</p><

61、p>　　WDTCN = 0xad; //關(guān)看門(mén)狗</p><p>　　SYSCLK_Init (); //初始化時(shí)鐘</p><p>　　PORT_Init (); //初始化I/O口</p><p>　　SPI0_Init (); //初始化SPI0</p><p

62、><b>　　SP=0x60;</b></p><p><b>　　EA=0; </b></p><p>　　InitLCD(); //液晶顯示初始化程序</p><p>　　ClrScr(); //輸出結(jié)果前清頻</p><p><

63、b>　　……</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.2 人機(jī)對(duì)話模塊</p><p>　　根據(jù)課題要求，人機(jī)對(duì)話軟件部分設(shè)計(jì)了一套中文菜單操作系統(tǒng)，它包括128×64的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊和鍵盤(pán)處理模塊（包括對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理）兩個(gè)模塊。液晶的顯示分為兩種形式：漢字顯示和西文字符的顯示

64、，漢字顯示是16×16的點(diǎn)陣而西文字符是16×8的點(diǎn)陣。鍵盤(pán)處理模塊采用的是中斷的方式對(duì)按鍵進(jìn)行處理的。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理程序又對(duì)鍵盤(pán)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，使其成為系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)格式［10］。</p><p>　　系統(tǒng)軟件的各個(gè)模塊和主程序都使用的是中文菜單操作。主菜單的界面如圖3.2所示。</p><p>　　圖3. 2 主菜單界面</p><p

65、><b>　　系統(tǒng)功能菜單說(shuō)明：</b></p><p>　　1）主功能菜單用于選擇進(jìn)入電子設(shè)定、增加、減小或確定功能菜單；</p><p>　　2）電子設(shè)定菜單用于設(shè)置正弦波電子快慢，電子范圍的選擇；</p><p>　　3）增加菜單用于設(shè)置電子速度、電子范圍的增大；</p><p>　　4）減小菜單用于設(shè)置電子

66、速度、電子范圍的減?。?lt;/p><p>　　5）確定菜單用于輸入確定，顯示出低頻信號(hào)輸出曲線。</p><p><b>　　鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序如下：</b></p><p>　　#include "hd7279a.h"</p><p>　　void init_keyboard ( void )

67、　　　// 鍵盤(pán)初始化函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;}</b></p><p>　　// init_keyboard();</p><p>　　/

68、/KEYBOARD DEVICE</p><p>　　extern BOOL keyMSGHandled;</p><p>　　extern BYTE CurKeyVal;</p><p>　　extern void Delay1ms( unsigned int );</p><p>　　void ISR_Keyboard( void )

69、interrupt 0</p><p>　　{ // 按鍵消息處理</p><p>　　CurKeyVal = GetKeyValue(); // 獲取鍵值</p><p>　　Delay1ms(300); // 延遲</p><p>　　keyMSGHand

70、led = FALSE;</p><p>　　}// ISR_Keyboard_Interrupt();</p><p>　　3.3 正弦信號(hào)電子模塊</p><p>　　正弦信號(hào)的產(chǎn)生是由單片機(jī)向AD9851發(fā)送控制字，以產(chǎn)生相應(yīng)頻率和相位的正弦波。AD9851與單片機(jī)之間的通信方式有兩種：并行和串行。本系統(tǒng)采用的是并行方式向AD9851發(fā)送控制字[11]，并行通

71、信的時(shí)序如圖3.3所示。</p><p>　　圖3. 3 并行通信時(shí)序圖</p><p>　　在W_CLK的上升沿，通過(guò)8位總線可將數(shù)據(jù)輸入到寄存器，重復(fù)5次之后, W_CLK信號(hào)的邊沿?zé)o效。再在FQ_UD上升沿把40位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝到頻率或者相位數(shù)據(jù)寄存器（更新DDS輸出的頻率和相位），同時(shí)把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入寄存器，等待著下一組新數(shù)據(jù)的寫(xiě)入[12]。相應(yīng)的程序代碼如下：<

72、;/p><p>　　void ResetAD9851( void )　　　//AD9851復(fù)位函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　W_CLK = 0;</p><p>　　FQ_UD = 0;</p>&

73、lt;p>　　RESET = 1;</p><p>　　for ( i=0; i<255; ++i ){</p><p><b>　　;</b></p><p>　　}　　　　　　　　　　　// for();</p><p>　　RESET = 0;</p><p>　　}　　　　　　

74、　　　　　　　// ResetAD9851();</p><p>　　void SendCode( void ) //AD9851并行方式裝載控制字函數(shù)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　for ( i=0; i<5;

75、++i ){</p><p>　　COM = s_buffer[i];</p><p>　　W_CLK = 0;</p><p>　　W_CLK = 1;</p><p>　　}　　　　　　　　　// for();</p><p>　　FQ_UD = 0;</p><p>　　FQ_UD = 1

76、;</p><p>　　FQ_UD = 0;</p><p>　　}　　　　　　　　　　　// SendCode();</p><p>　　第四章 測(cè)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　4．1設(shè)計(jì)的PCB圖結(jié)構(gòu)介紹，像DEMO板使用說(shuō)明書(shū)</p><p>　　4．2LCD顯示的照片及介紹</p><p

77、>　　4．3實(shí)際測(cè)試的結(jié)果以及誤差分析</p><p><b>　　第五章 結(jié)論與展望</b></p><p>　　綜上所述，本文針對(duì)傳統(tǒng)電子儀在低頻段的缺陷，在電子源部分拋棄了頻譜搬移的方法，采用了直接產(chǎn)生低頻超低頻信號(hào)的器件，可獲得性能優(yōu)異的低頻超低頻的電子信號(hào)；在峰值采樣部分利用數(shù)字方法代替模擬方法，解決了高頻段和低頻段在進(jìn)行峰值采樣時(shí)所發(fā)生的矛盾。在進(jìn)行

78、總體設(shè)計(jì)時(shí)，把智能儀器的概念引入該設(shè)計(jì)，利用單片機(jī)的強(qiáng)大功能進(jìn)行系統(tǒng)管理，使智能型電子儀的操作簡(jiǎn)單易用，減少了人為誤差發(fā)生的可能性。顯示部分采用液晶顯示，降低了功耗。</p><p>　　通過(guò)對(duì)本文的設(shè)計(jì)，對(duì)低頻電子有了更多的認(rèn)識(shí)，也為以后頻率計(jì)方面的工作打下了一定基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　參考文

79、獻(xiàn)應(yīng)該按正文中的出現(xiàn)順序編排，并在正文中標(biāo)注出來(lái)，標(biāo)在引用的關(guān)鍵句子處，文獻(xiàn)數(shù)量應(yīng)達(dá)到40篇及以上，并有英文文獻(xiàn)的要求，包括參考文獻(xiàn)的格式等具體看學(xué)院對(duì)論文的要求。</p><p>　　王曉元．《電子儀的原理與維修》．人民郵電出版社，1993．</p><p>　　康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分[M]．北京：高等教育出版社，1999.P355-357．</p><p>

80、;　　尤德斐．《數(shù)字化測(cè)量技術(shù)及儀器》．機(jī)械工業(yè)出版社，1987．</p><p>　　高光潤(rùn)，夏雪生．《微處理器在電測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用》．高等教育出版社，1988．</p><p>　　白駒行，雷小平．《單片計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用》．電子科技出版社，1994．</p><p>　　王江，楊敏，陳亞?。痘贒SP高精度正弦波信號(hào)發(fā)生器》．《電子測(cè)量技術(shù)》，1999年第2期．&

81、lt;/p><p>　　王建明．基于DDS技術(shù)的多波形信號(hào)源設(shè)計(jì)[D]．南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文．2005．</p><p>　　王光明．智能任意函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的研究[D]．國(guó)防科技大學(xué)碩士學(xué)位論文．2002．</p><p>　　[9] 鄭毅．高精度數(shù)字頻率綜合器(DDS)的研究與應(yīng)用[D]．武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文．2003．</p><p>