1、低频信号的存储与回放低频信号的存储与回放摘 要：本实验通过使用 ADUC842 单片机开发板实现低频信号的存储与回放，可以将幅度为 01V、频率小于 1KHz 的低频信号，通过 ADuC842 的 ADC 模块转换成数字信号存储在单片机的存储器中，存储深度为 10K；并由 ADuC842 的 DAC 模块输出到示波器上显示，同时用 STC11F02 芯片作主机与 ADUC842 作从机进行 I2C 通信，把 ADUC842存储的数据在 LCD 屏上稳定显示出来；分为实时存储、实时显示和单次存储、连续稳定显示两种模式。关键词：低频信号，AD-DA 转换，实时显示一、设计思想方案设计与论证方案 1
2、：ADUC842 通过设置 PLLCON 寄存器，可以把单片机内核工作频率设置为16.78MHZ。通过设置 ADCCON1 寄存器，可以把完成一次 A/D 转换的时间设置成2.38us。实验要求有两种存储方式。方式一：单次存储，连续显示。ADUC842 设置成16.78MHZ 时，执行一条指令的时间约为 0.25us，所以可以通过软件延时，利用循环语句可以实现单次存储 10K 个点。然后通过 D/A 转换，把波形显示在示波器上，同时利用 I2C通信把存储在 ADUC842 中的点显示在 LCD 上。方式二：实时存储，实时显示。通过循环语句理论上可以实现，即在循环语句中前一个时刻存储数据，在下一
3、个时刻读取数据同时把数据通过 I2C 通信显示在 LCD 上。优点：存储速度快，即存储 10K 个点最快只需要 23.8ms。编程方式简单，可读性强。缺点：A/D 与 D/A 转换速度太快，虽然能够在示波器上显示出来，但 I2C 通信速度跟不上 A/D 与 D/A 转换速度，从 ADUC842 传送一个数据到 STC11F02E，再由 STC11F02E传送到 LCD 上显示出来，需要的时间约 500us，不易实现打点功能。方案 2：ADUC842 通过设置 PLLCON 寄存器，可以把单片机内核工作频率设置为16.78MHZ。通过设置 ADCCON1 寄存器，可以把完成一次 A/D 转换的时
4、间设置成2.38us。实验要求有两种存储方式。方式一：单次存储，连续显示。利用 T0 定时器设置定时值，当计数到达定时值时，引起 T0 中断。通过对中断进行处理，在前 10000 次中断，只进行 A/D 转换，即存储 10K 个点。在以后的中断时，进行 D/A 转换，并把波形显示在示波器上。当进行完 10K 个点的存储后，可以通过循环语句和软件延时，把存储的点显示在 LCD 上。方式二：实时存储，实时显示。利用 T1 定时器设置定时值，当计数到达定时值时，引起 T1 中断。通过对中断进行处理，在前一次中断进行 A/D 转换，在下一次中断进行 D/A 转换，并把波形稳定的显示在示波器上。当进行完
5、 10K 个点的存储后，可以通过循环语句和软件延时，把存储的点显示在 LCD 上。优点：A/D 转换与 D/A 转换速率完全一致，能够在 LCD 上按采样速率进行打点。缺点：程序代码较多，不易理解，思考方面多。综上所述选择方案 2 更为简单，比较容易实现。ADuC842 单片机通过与 STC 主机进行 I2C 通信，获得按键液晶显示模块的键值，进行工作模式的选择，并将结果送到 LCD 屏上显示。两种工作模式为：1、实时存储、实时显示通过对定时器的设置，对从 AD 通道输入的低频信号进行模数转换，进行转换的同时存储数字结果并在示波器和 LCD 上显示。2、单次存储、连续稳定显示将 AD 转换的数
6、据存储之后，通过定时器的设置，将原先存储的数据取出，按照原始参数进行多次显示。整体设计框图如图 1 所示数字信号I2C低频信号信号发生器ADuC842MCUAD DASTC11F02MCU按键液晶显示模块示波器图 1 整体设计框图2、程序设计1、单片机主功能设计ADuC842 单片机通过与 STC 单片机 I2C 通信，获得用户的按键键值，按键功能为：（1）实时转换方案 2：ADUC842 通过设置 PLLCON 寄存器，可以把单片机内核工作频率设置为 16.78MHZ。通过设置 ADCCON1 寄存器，可以把完成一次 A/D 转换的时间设置成 2.38us。实验要求有两种存储方式。方式一：单
7、次存储，连续显示。利用 T0 定时器设置定时值，当计数到达定时值时，引起 T0 中断。通过对中断进行处理，在前 10000 次中断，只进行 A/D 转换，即存储 10K 个点。在以后的中断时，进行 D/A 转换，并把波形显示在示波器上。当进行完 10K 个点的存储后，可以通过循环语句和软件延时，把存储的点显示在 LCD 上。方式二：实时存储，实时显示。利用 T1 定时器设置定时值，当计数到达定时值时，引起 T1 中断。通过对中断进行处理，在前一次中断进行 A/D 转换，在下一次中断进行 D/A 转换，并把波形稳定的显示在示波器上。当进行完 10K 个点的存储后，可以通过循环语句和软件延时，把存
8、储的点显示在 LCD 上。优点：A/D 转换与 D/A 转换速率完全一致，能够在 LCD 上按采样速率进行打点。缺点：程序代码较多，不易理解，思考方面多。方案 2：ADUC842 通过设置 PLLCON 寄存器，可以把单片机内核工作频率设置为16.78MHZ。通过设置 ADCCON1 寄存器，可以把完成一次 A/D 转换的时间设置成2.38us。实验要求有两种存储方式。方式一：单次存储，连续显示。利用 T0 定时器设置定时值，当计数到达定时值时，引起 T0 中断。通过对中断进行处理，在前 10000 次中断，只进行 A/D 转换，即存储 10K 个点。在以后的中断时，进行 D/A 转换，并把波
9、形显示在示波器上。当进行完 10K 个点的存储后，可以通过循环语句和软件延时，把存储的点显示在 LCD 上。方式二：实时存储，实时显示。利用 T1 定时器设置定时值，当计数到达定时值时，引起 T1 中断。通过对中断进行处理，在前一次中断进行 A/D 转换，在下一次中断进行 D/A 转换，并把波形稳定的显示在示波器上。当进行完 10K 个点的存储后，可以通过循环语句和软件延时，把存储的点显示在 LCD 上。优点：A/D 转换与 D/A 转换速率完全一致，能够在 LCD 上按采样速率进行打点。缺点：程序代码较多，不易理解，思考方面多。.按键 1 通过 SendStr(“实时转换 “,8,1,1)在
10、 LCD 的第一行显示“实时转换” ，表示正在对从 AD 通道输入的低频信号进行模数转换，同时进行存储并显示。此时启动定时器 0 控制采样速度，周期性的对输入的低频信号进行 AD 采样。（2）输出 RAM 结果按键 2 通过 SendStr(“输出 RAM 结果“ ,12,1,1)在 LCD 的第一行显示“输出 RAM 结果”，表示此时正在从单片机 RAM 中读取原先存储的数据进行显示，此时关闭定时器 0 停止采样，启动定时器 1 开始等间隔地取数据通过 DAC 输出。（3）停止转换及输出按键 3 通过 SendStr(“停止转换及输出 “,14,1,1)在 LCD 的第一行显示“停止转换及输
11、出” ，此时单片机停止采样、存储及输出等工作，进入等待状态。（4）在 LCD 上显示波形按键 4 启动在 LCD 上的打点，由于 LCD 的行坐标只有 128 个，所以仅在 RAM 中选取 128 个数据输出，并将数据大小进行变换计算，使得适于在 LCD 上输出。波形显示通过SendPoint(dk+1,Datadk*size_x/128+32)描点实现。按键 5 停止在 LCD 上打点。按键 9 调整 x 轴，压缩在 LCD 上的波形，这样适于低端频率的信号在 LCD 屏上的显示，可以显示出完整的波形。相应的按键 10 扩展在 LCD 屏上显示的波形，可以显示出高端频率的完整波形。2、定时器
12、设计考虑到本设计是针对低频信号的采样，若采样时间过短，则在定时中断服务程序中不方便对再次输入的键值进行处理；采样时间过长时，会使得高端信号（1kHz ）的回放出现阶梯现象，波形有稍微的失真。故选定时器 0 和 1 采用模式 2（8 位自动装载）满时刻定时，即装载初值为 0x01，采样时间间隔约为 15.3us。程序整体的流程图如下三、实验现象测试仪器：F05A 型数字合成函数信号发生器，LDS20205 示波器，单片机最小系统测试方法：由函数信号发生器产生一个信号，接入单片机最小系统的 ADC 模块进行转换，接收用户的按键之后进行功能选择，用示波器接 DAC 的输出，观察；调节输入信号的频率和
13、幅值，观察结果。测试结果：按键 1，LCD 上显示“实时显示” ，示波器上显示实时跟踪波形。按键 2，LCD 上显示“输出 RAM 结果” ，示波器上显示原先存储的数据经过 DA 变换的波形，此时停止信号输入，输出波形不会受影响。按键 3，LCD 上显示“停止转换及输出” ， 单片机停止采样、存储及输出等工作，进入等待状态。按键 4，LCD 上显示信号波形，并可以通过按键 9 压缩波形和按键 10 扩展波形。按键 5，停止在 LCD 上显示波形。按键 9，扩展显示按键 10，压缩显示调节输入信号的频率和幅值，可以得到同样的结果。四、实验总结1：通过本实验对 ADUC842 芯片有了初步了解。2：通过本实验熟悉了 ADUC842 的 A/D 及 D/A 转换模块。3：通过本实验熟悉了定时/计数器的设置与用法。4：通过本实验对 IIC 通信有了初步了解。5：通过本实验对 LCD 及按键有了初步了解。本设计通过对软件的设置，可以实现实时存储、实时显示和单次存储、连续稳定显示两种模式的低频信号处理和回放。但是 LCD 屏上打点时由于描点函数设计的不完善，使得横向一个字节中只有最后一次写入的点可以显示，波形不完整，我们会在以后的实验中，再次改进此函数的。
