王 娟，王仁波，魏 雄

（東華理工大學(xué)機械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330013）

1 原理與設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

待測信號經(jīng)限幅放大電路分兩路進入單片機系統(tǒng)，一路送入施密特觸發(fā)器整形得到單片機計數(shù)所需的矩形波信號，通過選擇測量頻率的方法進行頻率測量；一路經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進入單片機進行數(shù)據(jù)的采集與存儲，然后通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器將還原的模擬信號在示波器上顯示出來。這樣我們的整個硬件設(shè)計工作便有兩大部分組成：頻率測量、存儲顯示。

圖1 系統(tǒng)硬件原理框圖

（1）頻率測量部分。正弦波或方波信號的頻率是由每秒鐘振蕩的次數(shù)來表示的。為了檢測一個持續(xù)的信號的頻率，我們僅僅只需數(shù)它的振蕩次數(shù)就可以了。假設(shè)我們所取樣的信號在某個時間段內(nèi)頻率是不變的。我們采用應(yīng)用比較普遍的單片機AT89C51來實現(xiàn)頻率測量。頻率測量分三步進行：①通過一個施密特觸發(fā)器74LS132（整形芯片）把經(jīng)放大后的信號轉(zhuǎn)換成單片機所需的方波信號。②先通過測頻法測出其大致頻率最后決定用測周法或測頻法。③然后將計的數(shù)送AT89C51，進行處理，送數(shù)碼管顯示得出頻率。

（2）波形存儲與顯示部分。被測信號經(jīng)過放大整形電路,進入ADC0809（模／數(shù)轉(zhuǎn)換器）進行A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送入單片機。由單片機根據(jù)不同的要求對采集的數(shù)據(jù)進行存儲和運算，將存儲后的結(jié)果在通過DAC0832（數(shù)／模轉(zhuǎn)換器）在示波器上復(fù)現(xiàn)出來，并可通過運算放大器部件對輸出波形進行放大、縮小的變換。

1.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本設(shè)計中人通過對鍵盤的控制，可以控制和干預(yù)整個數(shù)據(jù)采集及處理的全過程，因此，各鍵的功能及其軟件實現(xiàn)就尤為重要，各鍵的功能及定義如下：

K1：啟動頻率測量并進行數(shù)字顯示。

K2：啟動A/D轉(zhuǎn)換對數(shù)據(jù)進行采集并存儲到6264里。

K3：啟動D/A轉(zhuǎn)換用示波器顯示波形。

K4：輸出波形的放大。

具體描述如下：

當(dāng)接通電源后，系統(tǒng)進行自檢，然后CPU進行對按鍵的查詢，當(dāng)按下K1鍵時，CPU查到K1鍵，通過延時去抖，既而跳轉(zhuǎn)到K1鍵的處理程序?qū)︻l率進行實時的測量并在數(shù)碼管上顯示。顯示完畢CPU又進入對按鍵的查詢。當(dāng)按下K2鍵時，啟動ADC0809進行轉(zhuǎn)換，其中程序設(shè)定A/D0809對數(shù)據(jù)采集10次，并存儲到6264里。存儲完畢，CUP又跳回查詢狀態(tài)。當(dāng)K3按下時，啟動D/A0832，用示波器顯示前段時間的頻率波形。K4鍵為手動的對示波器顯示的波形進行放大。

因此，本設(shè)計主要分為以下幾個部分：

>頻率的測量部分

>數(shù)據(jù)的采集及A/D轉(zhuǎn)換部分

>數(shù)據(jù)的存儲及讀寫部分

>數(shù)據(jù)的顯示部分

>數(shù)據(jù)的D/A轉(zhuǎn)換部分

圖2 系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)調(diào)試

（1）A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序的調(diào)試。我們在通道0口接入一個0～5V電源，對于不同的值，應(yīng)該分別得到不同的數(shù)字量，看看數(shù)字量是否與預(yù)期的值相同，相同的話，說明A/D轉(zhuǎn)換器能夠正常工作，看是否能夠正常工作，不能的話，就檢查是不是A/D轉(zhuǎn)換器被損壞，還是軟件編程有問題，同樣的道理，首先我們可以向D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)送一個數(shù)據(jù)，通過示波器觀察，是否有誤，確定D/A轉(zhuǎn)換器的完好，再進行程序的調(diào)試。

（2）中斷服務(wù)程序的調(diào)試。在中斷程序中多采用全速運行的調(diào)試方法，有多個中斷中斷的話，應(yīng)該一個一個調(diào)試，若中斷不能正常返回的話，應(yīng)該把下一步不用的中斷關(guān)掉，把用到的中斷打開且設(shè)初值，這點尤為重要，當(dāng)單個中斷都沒有問題時，再進行統(tǒng)調(diào)。

（3）顯示模塊的調(diào)試。顯示模塊的調(diào)試，首先應(yīng)該確認(rèn)LED能夠正常顯示，若能正常顯示的話，可以先在顯示緩沖區(qū)中預(yù)先放入自己預(yù)置的值，若能正常顯示的話，說明顯示無誤。

3 結(jié)論

在理論基礎(chǔ)上設(shè)計了頻率測量、波形存儲以及輸出再現(xiàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能對頻率進行現(xiàn)場的測量、數(shù)據(jù)顯示，并能對一段時間內(nèi)的采集數(shù)據(jù)進行存儲并用示波器顯示。