基于AT89C51单片机的数据采集系统及频谱分析电路Word文档下载推荐.docx

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数据采集频谱分析AT89C51AD0808凌阳16位单片机SPCE061A

Abstract

ThedataacquisitionpartofthisgraduationisAT89C51microcontrollerandanalogtodigitalconversionchiptheADC0808collectionsystem.Potentiometeranaloginputvotagle,AT89C51controlADC0808inputanalogvoltagetoconvertthedigitalsignal,spectrumanalysispartisbasedonthedigitalspectrumoftheheterodyneprinciple,thesystemusesamilliongatesFPGAXlinxVIRTEX-II100,thevibrationfrequencysweep,mixing,amplification,allthedigitalrealizationoflow-passfiltering,toextractpeak.Control,havetheSunplusthe16themicrocontrollerSPCE061Aascontrolcore,toachievetheman-machineinterfaceandanalogoscilloscopedisplayofthefinalspectrogram.Thispaperdescribesthehardwaredesignandsoftwaredesign,hardwarepartisadetailedanalysisoftheconnectionsbetweenthevariouspartsofthecircuitschematicofthedataacquisitionandspectrumanalysis,andeachmodule.Andlistsallofthecomponents,aswellasthecorrespondingproceduresfordataacquisitionandspectrumanalysiscapabilities.Thedesignhasasimpleandpracticaldataacquisitionandspectrumanalysiscircuit,lowcost,highreliability,extendedfunctionality,andotheradvantages.

Keywords:

dataacquisitionspectrumanalysisAT89C51AD0808Sunplus16-bitmicrocontrollerSPCE061A

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、即时反响、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穿的过程。

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珍贵的实践经验。

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，供应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XilinxVirtex-IIFPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具SystemGenerator，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。

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输入到上位电脑。

通过电脑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。

两套方案的比拟，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，方案一采用电脑作为上位机，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，显示在电脑上。

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，而且需要在电脑上编写相应的程序，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。

方案二电路简单实用，成本低，完全符合我们的设计初衷。

因此我们选择了方案二。

2.2设计方案的框图

图2.2设计方案的框图

2.3工作原理

模拟信号有电位器产生0-5V的可调电压。

上电以后，AT89C51输出启动信号给ADC0808，ADC0808开始转换第一通道的模拟信号。

转换完成以后发出完成信号给AT89C51，转换后的并行数据由P1口输入单片机，单片机接收数据后由程序按温度值T（˚C）与电压U（V）对应关系：

T=15.4V完成换算，最后由P0口输出显示数据，由四位数码显示管显示。

ADC0808内部自带8路数据选择器，由单片机控制片选信号，完成按键选择信号的功能。

2.4电路中主要芯片的引脚对应的功能

图2.4主控芯片AT89C51

AT89C51与AT89S52相仿，具有如下特点：

40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器〔RAM〕，32个外部双向输入/输出〔I/O〕口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗〔WDT〕电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

VCC:

供电电压。

GND：

接地。

PO口：

PO口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。

当PI口的管脚第一次写入1时，被定义为高祖输入。

PO能够用于外部程序数据存储器，他可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，PO作为原码输入口，当FIASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必

须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的八位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。

P1口管教写入1时，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接受。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8为双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚内部上拉电阻被拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，并输出电流，这是由于内部上拉的缘故，P2口作为外部程序存储器或16位地址外部存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址1时，他利用内部上拉优势，当对外部8位存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能存放器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚时八个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入1后，他们被内部上拉为高电平，并用做输入，作为输入由于外部下拉位低电平，P3口将输出电流这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，P3口同时为闪烁编程和编程校验接受一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正