低频信号的存储与回放

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0～1V、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：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所示图1整体设计框图二、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。数字信号I2C低频信号信号发生器ADuC842MCUADDASTC11F02MCU按键液晶显示模块示波器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,Data[dk*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。