《测控系统现代仪器设计》课程设计虚拟示波器的设计本科论文.doc

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1、摘要本文介绍了一种虚拟示波器的设计过程。首先介绍了数据采集的方法。下位机采集的数据有温度和电压两种。通过AD转换模块将模拟电压量转化为数字量实现电压采集，温度采集使用的是18B20温度传感器。数据采集完成后根据上位机的需求，将相应的数据通过串口发送给上位机显示。然后进行上位机界面设计。上位机是用LabVIEW设计的，在接收到下位机传过来的数据后将其以波形的形式显示出来，从而实现了示波器的功能。最后给出了本次设计的一个应用实例。关键词：虚拟仪器；示波器；数据采集目录1绪论12单片机硬件电路及原理22.1AT89C516RD+单片机22.2模数转换42.318B20温度传感

2、器53单片机程序设计73.1I2C总线介绍73.2模数转换93.3温度采集103.4与电脑数据传输134PC端软件设计154.1软件界面设计154.2主程序154.3温度采集子程序174.4电压采集子程序185设计结果及应用205.1结果展示205.2应用实例216总结体会23参考文献24附录重要程序清单25《测控系统现代仪器设计》课程设计说明书1绪论虚拟仪器是由电脑软件加外部硬件，实现传统仪器的功能的一种软硬件结合系统。与传统仪器相比，虚拟仪器有很多优点，如极大的灵活性。利用相同的外部硬件通过编写不同的软件就可实现不同的功能，并且不像传统仪器那样，一旦制造出来其功能就

3、是固定的，虚拟仪器可根据用户不同的需求进行各种功能优化。同时，虚拟仪器软件基于PC平台，可充分利用其强大的处理能力，出色的完成各种工作。除此之外，虚拟仪器还能大幅降低资金投入、系统开发成本和系统维护成本，为企业带来更高的经济效益。正因为虚拟仪器有着传统仪器无法比拟的优势，他拥有广阔的发展前景。目前虚拟仪器主要用在数据采集与控制、数据处理与分析和数据显示等方面。LabVIEW是一款由美国国家仪器（NI）公司研制开发虚拟仪器开发软件，集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具，对计算机以及各种外部硬件有很好的支持，可充分发挥计算机的能力，并且有强大的数据处理功能，可

4、以创造出功能更强的仪器。它采用图形化编程方式，不仅使用简单，而且大大提高了软件开发效率。本次课设的PC端软件就是用这款软件设计的。本次课程设计设计的是一个数据采集系统。用单片机采集电压信号和温度信息，通过串口发送到电脑，由软件处理后以波形图的形式显示。模拟电压经AD转换芯片转换为数字电压量，然后便可由计算机处理，而温度信号是由18B20传感器采集，直接得到了数字量。这里只是以这两种物理量为例，其他的物理量一般可以通过传感器转换为相应的模拟电压或数字量，之后便可以采取同样的方法进行处理。30《测控系统现代仪器设计》课程设计说明书2单片机硬件电路及原理硬件电路的功能是数据采

5、集。其中AD模使用的是PCF8591芯片，用来采集电压信息。温度采集部分用的是DS18B20温度传感器，这个传感器的输出量为数字量，单片机可直接从中读取温度值。单片机根据上位机的命令，选择将温度数据还是电压数据通过串口发送给电脑。电路工作原理如图2.1所示。图2.1电路工作原理2.1AT89C516RD+单片机AT89C516RD+是Atmel公司生产的一款微处理器，该处理器共有40个管脚，4组8位I/O口P0~P4，其中P0口为双向三态I/O口，其他三组为准双向I/O口，在读管脚值前应先向管脚写1。P0口内部无上拉电阻，使用时应外接上拉电阻，否则无法输出高电平。引脚图

6、如图2.2所示。图2.2AT89C51引脚图30《测控系统现代仪器设计》课程设计说明书AT89C51支持5个中断源，分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串口中断[1]。中断优先级可配置，默认情况下5个中断为同级中断。P3口的各脚除普通I/O口功能外都有第二功能。P3.0是串口发送脚，P3.1是串口消息接收。P3.2和P3.3分别是外部中断0和外部中断1的输入引脚。外部中断支持低电平触发和下降沿触发两种模式。定时器0有四种工作方式。工作方式0是一个13为定时器，定时的最长时间为2^13=8192us，工作方式1为16位定时器，最长定时时间为65536us，工

7、作方式2是8位定时器，最长定时时间为256us。前两种工作方式在每次定时完成产生中断时都要在中断服务子程序中重新给定时器赋初值，否则从第二次开始定时器将以最长定时时间工作，而工作方式2采用的是8位自动重加载模式。定时器初值写到TH0和TL0中，溢出后硬件会自动将TH0中的值装入TL0中，从而使定时器按原来的定时时长工作。与用程序重装初值相比，硬件自动重装速度很快，因而定时时间更准确，所以常用于串口波特率的发生等对定时精度要求很高的场合。工作方式3是将定时器0拆成了两个8位定时器：TH0和TL0。TH0被固定为一个8位定时器，并使用定时器T