基于单片机的波形采集、存储与回放系统设计

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1、基于单片机的波形采集、存储与回放系统设计　　摘要系统以单片机为核心，以低功耗运放构成输入输出电路，选用外部低功耗存储芯片作存储，软件系统控制外部A/D转换器实现对输入信号的采集、数据存储，并通过外部D/A转换器实现对已采集信号的回放，系统的各种信息及采集波形信息由液晶显示输出。　　关键词单片机；接口电路；波形采集　　中图分类号：G642文献标识码：B　　文章编号：1671-489X（2016）18-0032-02　　1前言　　采用AT89C52单片机作为整个控制核心，通过软件编程实现对模拟信号的采集、存储数据的输出以及各种测量、逻辑控制的功能。现从系统单元电

2、路设计、单片机与外部设备的接口电路设计和系统软件设计的角度，阐述基于单片机的波形采集、存储与回放系统的设计思想。　　2单元电路设计　　通道调理电路将ADC0809转换器的基准电压输入端接至+5V电源，它可对0～5V的模拟信号进行转换。A通道输入信号是单极性的，输入电压范围为0～4V，符合　　A/D转换器对输入信号的要求。A通道的输入、输出电路均选用电压跟随器，电压跟随器具有输出电压跟随输入电压、输入阻抗高、输出阻抗低的特点，使得整个通道的放大倍数为1。4　　B通道输入信号是双极性的，输入电压范围为-50～　　+50mV。为此，在B通道输入端需将信号电压由双极

3、性转换为单极性，并调理为0～4V电压输出，以匹配A/D转换器的输入电压范围；在B通道输出端则需将信号电压的极性和幅度范围进行还原。B通道输入电路如图1所示，它由三级运放构成：　　第一级运放构成电压跟随器；　　第二级运放构成反相比例电路，其交流放大倍数为-40，作用是将信号电压由-50～+50mV调理到+2～-2V范围内；　　第三级运放构成反相求和电路，其交流放大倍数为-1，调节电位器给信号电压+2V的电平平移，将双极性信号转换为单极性，即将信号电压由+2～-2V调理到0～4V范围内。　　B通道输出电路也由三级运放构成：　　第一级运放构成电压跟随器；　　第二级

4、运放构成反相求和电路，其交流放大倍数为-1，调节电位器给信号电压-2V的电平平移，将单极性信号还原为双极性，即将信号电压由0～4V调理到+2～-2V范围内；　　第三级运放构成反相比例电路，其交流放大倍数为-0.025，作用是将信号电压由+2～-2V还原到-50～　　+50mV范围内。　　由此可见，整个通道的放大倍数为1，满足了信号回放的要求。　　滤波、缓冲输出电路4为了使产生的回放信号平滑且具有负载能力，采用滤波电路、输出缓冲电路对D/A输出的信号进行后级处理。由于信号的频率范围为10Hz～5kHz，　　选用压控电压源二阶低通滤波电路来滤除高频噪声；选用电压

5、跟随器作为输出缓冲电路，以提高电路带负载能力。　　3单片机与外部设备的接口电路　　外部数据存储器的扩展AT89C52内部只有256BRAM，　　需要扩展外部数据存储器。AT89C52扩展一片32K外部数据存储器62256，数据线D0～D7直接与单片机的数据地址复用口P0相连，地址的低8位A0～A7由锁存器74LS273获得，地址的高7位A8～A14直接与单片机的A8～A14（P2.0～　　P2.6）相连，电路中用地址线A15（P2.7）来进行片选。　　A/D转换器的接口电路ADC0809采用逐次比较的方法完成A/D转换，片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，

6、由C、B、A引脚上的编码来决定所选的通道，AT89C52单片机与ADC0809中断方式的接口电路如图2所示。由于ADC0809具有三态输出锁存器，故可与单片机的数据总线直接相连，作为单片机的一个扩展口；电路中用地址线P2.7来进行片选，地址锁存信号ALE、启动信号START及输出允许信号OE分别由单片机读写信号和P2.7通过或非门来控制；当OE为逻辑1时选通三态门，使锁存器中的A/D转换结果送入地址总线；转换结束信号EOC经过反相器接单片机的中断请求端P3.2，由外中断服务程序读A/D转换结果，并启动下一次转换[1]。　　D/A转换器的接口电路DAC0832

7、是具有内部输入数据寄存器和DAC寄存器的8位D/A转换器，它能直接与AT89C52连接，可以有3种连接方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。4　　LCDl602模块的接口电路液晶显示模块选用LCDl602即可满足系统显示要求。LCDl602是一种专门用于显示字母、数字、符号的点阵式LCD，显示字符为16字×2行。单片机与LCDl602接口简单，使用灵活方便，控制程序简单，通过单片机向LCDl602写入相应的命令和数据，就可对显示方式和显示内容做出选择。　　4系统软件设计　　软件采用模块化程序设计方法构建，软件关键部分为信号采集、数据存储子程序和显示子程序。

8、信号采集、数据存储子程序控制A/D转换进行信号采集，