精品毕业论文
目录
摘要 ...................................................................................................................................................... 1 Abstract ................................................................................................................................................. 2 1．绪论 ................................................................................................................................................ 3
1.1设计数据采集及其频谱分析电路的意义 ............................................................................ 3 1.2数据采集及其频谱分析的主要功能 .................................................................................... 3 2.数据采集硬件电路设计................................................................................................................... 4
2.1方案选择及设计思想 ............................................................................................................ 4 2.2设计方案的框图.................................................................................................................... 5 2.3工作原理 ................................................................................................................................ 5 2.4电路中主要芯片的引脚对应的功能 .................................................................................... 6
2.4.1主控芯片AT89C51 ..................................................................................................... 6 2.5原理图及连接关系 ................................................................................................................ 8
2.5.1数据输入模块 ............................................................................................................ 8 2.5.2模数转换模块 ............................................................................................................ 8 2.5.3 主控电路................................................................................................................... 9
3．数据采集软件设计....................................................................................................................... 11
3.1系统模块层次图.................................................................................................................. 11 3.2程序流程 ............................................................................................................................. 11 3.3程序源代码 ......................................................................................................................... 11 4.频谱分析硬件电路设计................................................................................................................. 15
4.1方案论证 ............................................................................................................................. 15 4.2频谱分析硬件电路设计 ...................................................................................................... 17
4.2.1数据采集.................................................................................................................. 17 4.2.2运算核心设计 .......................................................................................................... 17 4.2.3控制核心设计 .......................................................................................................... 18 4.2.4示波器显示部分设计 .............................................................................................. 20 4.2.5供电设计.................................................................................................................. 21
5.频谱分析软件电路设计................................................................................................................. 24
5.1单片机部分 ......................................................................................................................... 24 5.2 FPGA部分 ............................................................................................................................. 25 5.3 测试说明 ............................................................................................................................ 28
5.3.1单频信号的频谱测试 .............................................................................................. 28 5.3.2调幅信号的频谱测试 .............................................................................................. 28 5.3.3调频信号的频谱测试 .............................................................................................. 28 5.3.4信号识别准确度测试................................................................................................ 29 5.3.5测试结果分析 ........................................................................................................... 29
总结 .................................................................................................................................................... 30 致谢 .................................................................................................................................................... 32
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摘要
本毕业设计数据采集部分采用的是单片机AT89C51和模数转换芯片ADC0808采集系统。用电位器模拟输入电压，经过AT89C51控制ADC0808将输入模拟电压转换成数字信号，频谱分析部分是基于外差原理的数字式频谱分析，系统采用XlinxVIRTEX-II100万门的FPGA，将本振扫频、混频、放大、低通滤波、提取峰值等工作全部通过数字化实现。控制方面，有凌阳16位单片机SPCE061A作为控制核心，实现人机接口和最后频谱图的模拟示波器显示。本论文主要描述了硬件设计部分和软件设计部分，硬件部分更是详细分析了本数据采集及其频谱分析的各个部分的电路原理，以及各个模块之间的线路连接。并列出了所有的元器件，以及实现数据采集和频谱分析功能的相应程序。该设计出了一个简单实用的数据采集及其频谱分析电路，具有成本低，可靠性高，扩展功能强等优点。
关键词：数据采集 频谱分析 AT89C51 AD0808 凌阳16位单片机SPCE061A
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Abstract
The data acquisition part of this graduation is AT89C51 microcontroller and analog to digital conversion chip the ADC0808 collection system. Potentiometer analog input votagle,AT89C51 control ADC0808 input analog voltage to convert the digital signal, spectrum analysis part is based on the digital spectrum of the heterodyne principle, the system uses a million gates FPGA XlinxVIRTEX-II100, the vibration frequency sweep, mixing, amplification, all the digital realization of low-pass filtering, to extract peak. Control, have the Sunplus the 16 the microcontroller SPCE061A as control core, to achieve the man-machine interface and analog oscilloscope display of the final spectrogram. This paper describes the hardware design and software design, hardware part is a detailed analysis of the connections between the various parts of the circuit schematic of the data acquisition and spectrum analysis, and each module. And lists all of the components, as well as the corresponding procedures for data acquisition and spectrum analysis capabilities. The design has a simple and practical data acquisition and spectrum analysis circuit, low cost, high reliability, extended functionality, and other advantages.
Keywords: data acquisition spectrum analysis AT89C51 AD0808 Sunplus 16-bit microcontroller SPCE061A
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1．绪论
1.1设计数据采集及其频谱分析电路的意义
数据采集及其频谱分析电路是一种具有现场实时数据采集、处理功能、频谱分析自动化电路。具备实时采集、自动存储、实时显示、即时反馈、自动处理、自动传输以及频谱分析功能。为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证。
数据采集及其频谱分析电路在各个领域中都有广泛的运用，以后有可能接触到这些设备，有必要深入地分析其工作原理、电路原理，同时设计一个简单、实用的数据采集及其频谱分析电路。完成这个毕业设计也是让我们在学习了模拟电路、数字电路、微机原理、单片机等相关课程理论知识有一个融会贯通的过程。加深对理论知识的理解，以及学会理论知识实际应用的处理方法。为设计一个电子系统吸取经验，为今后的自动化综合设计和工作实践打下坚固的基础。 同时也是为了培养动手能力，在即将毕业的前期积累宝贵的实践经验。为以后工作培养良好的工作态度。
1.2数据采集及其频谱分析的主要功能
数据采集及其频谱分析电路的数据采集部分采用的主要元件是AT89C51和ADC0808模数转换芯片。其主要功能是模拟采集信号，并对信号进行处理，最终显示出来采集结果。首先我们的模拟信号采用电位器产生，供给ADC0808，ADC0808有8路数据输入，也就是8路模拟电压信号。在AT89C51的控制下，实现按键转换要求通道的电压值。
频谱分析部分主要元件是凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP算法。SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。
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2.数据采集硬件电路设计
数据采集及其频谱分析系统通常使用高速数据采集到的被测信号，送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入到显示器显示，其组成的框图如图2.1
图2.1组成框图
2.1方案选择及设计思想
在查阅资料的时候，重点查阅了两个方案的资料。
方案一：在AT89C51的控制下，指定某通道将电压信号发生器产生的输入电压信号输入ADC0808转换器，转换成数值信号输入到AT89C51进行数据处理，然后输出并行信号，通过MAX232将并行信号转换成串行信号，再经过串口RS232输入到上位计算机。通过计算机显示出采集模拟稳定信号的数值。
方案二：在AT89C51的控制下，指定某通道将电位器产生的输入电压信号输入ADC0808转换器，转换成数值信号后输入AT89C51进行数据处理，然后输出并行信号。使用四位数码显示管来做独立的显示设备将输出信号显示出来。
两套方案的比较，在模拟信号部分，两套方案均产生0-5V的可调电压，方案一采用的是电压信号发生器，方案采用电位器产生可变电压（0-5v），我个人觉得用电位器较电压信号更加简单，具有很强的可操作性，可在后期工作中将电位器集成在电路板上，使模拟信号有良好的可移动性。在控制器和模数转换芯片上，两套方案均采用相同的设计思想。两套方案最大的区别在于显示电路上，方案一采用计算机作为上位机，将单片机输出的并行好通过通信芯片MAX232转换成串行信号后，显示在计算机上。方案二则采用独立的显示设备四位数码显示管。可以采用并行动态扫描的方式接入单片机直接读取并行信号。方案一中的需要设计单独的通信模块，使得电路较方案二更加复杂，而且需要在计算机上编写相应的程序，工作量之大。不符合我们简单实用的设计思想。
综上所述，我们选择了方案二。在本次课程设计中，根据设计要求，我们组的出发点是设计简单实用的数据采集器，将各个部分模块化，以此为设计思想，尽可能的简化电路设计，使其具有很强的可操作性和可移动性。方案二电路简单