双单片机的多功能虚拟实验平台设计.pdf

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基于双单片机的多功能虚拟实验平台设计夏景明1谈玲2(1．南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044；2．南京信息工程大学信息与控制学院．江苏南京210044)数发生器；虚拟示波器的设计采用单片机和FPGA结合的技术，硬件系统简单可靠、体积小，上位机采用LABwINDows结合vc++的技术设1．函数信号发生器子系统的设计(2)输出频率在100Hz——100MHZ范围可调，信号稳定度优于2．虚拟示波器子系统的设计科技信息。机械与电子O2009年第33期【摘要】针对当前单片机电子实验室设备过多、集成性和扩展性差的问题设计了由函数信号发生器和虚拟示波器组成的基于双单片机的多功能虚拟实验平台。函数信号发生器采用DDS技术和单片机结合的方法设计了一个信号频率和幅度可以预置且具有很好频率稳定度的函计。整个虚拟实验平台在单片机教学改革中使用效果良好【关键词】单片机；函数发生器；虚拟示波器当前的电工电子实验室实验设备过多，缺乏集成性和综合性，且实验平台的设计是以验证性试验为基础，扩展性差，基本无法完成课程实验和综合性试验．从而造成现行电子设计教学实验内容偏重验证性，缺乏探索性，不利于培养学生的创新能力和竞赛技能和学习兴趣。电工电子实验中使用频率最高的设备是函数信号发生器和示波器．因此实验既需要PC机和仿真器，又需要示波器、信号发生器，为充分利用计算机资源本文试图设计一款多功能虚实验平台，集成示波器与信号发生器的功能，目标是使实验设备向综合化平台转化，实验内容由技能性向创新性转化，改善课程实验和综合实验的实验条件。自主研发试验平台也可节约大量实验设备的购买经费。信号发生器广泛的应用与电子线路实验、自动控制和其他科研领域。本设计通过比较后采用DDS来实现多功能的信号发生器，借助高性能单片机运算速度高，系统集成强的优势，与传统的数字信号发生器相比，硬件简单、实现方便，且容易对频率和幅值进行控制。1．1系统设计要求(1)发生器能产生三角波、方波和正弦波三种周期性波形；0．001V，正弦信号电压峰峰值在0V一5V范围可调(3)可实时显示信号的主要信息，信号无明显失真1．2系统硬件部分总体设计根据系统的设计要求和技术指标，设计系统整体结构如图1，系统的微处理采用AT89C52单片机，该单片机具有加密能力强、抗干扰能力强、功耗低和在系统可编程等特点。单片机负责控制信号发生单元的工作状态．接受外部键盘输入信号改变程序运行进程．使信号发生单元产生所需的波形并输出．同时通过驱动液晶显示器显示系统当前的工作状态。信号发生器采用DDS全数控函数信号发生器设计方案，该系统可根据要求设置信号波形、信号幅度、频率、脉宽等参数。本设计采用美国ⅣD公司的AD9850集成芯片。DDS(直接信号频率合成器)的工作原理是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。一片DDS系统由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D，A转换和LPF组成。单片机与AD9805的接口采用并行输出，将AT89c52的P0口经74LS373锁存后接到DSS的并口(DO—D7)，AD9805外电路接120MHZ晶振，产生正弦波输出，波形经LPF去掉高频成分后可得到良好的波形。将D／A的输出信号经LPF滤波后接AD9805的内部的电压比较器即可输出小抖动方波．方波积分可得三角波。键盘接入采用4X4键盘，键盘的4行分别调节正弦波、方波、三角波和锯齿波的输出参数，同时设置复位键和确认键。显示系统采用RTl602C型LCD液晶显示屏显示信号参数信息，考虑到AT89C52系统的I／O资源有限，本系统的键盘输人及LCD输出均通过74LS245连接到AT89e52的Po端口，实现端口的扩展。供电电源采用7812和7912三端固定集成稳压器实现-+12V输出。1．3系统软件设计主程序控制系统整体运行。主程序包括系统初始化、显示、运算、扫描键盘、控制频率、控制幅度等。初始化完成后，系统进入默认工作状态，首先扫描键盘确定是否有用户下达的执行任务．然后判断各功能标志确认执行的功能。执行完上述程序后系统回到键盘扫描程序并循环。系统采用4X4键盘结构，程序把4根列线全部置低再判断4根行线是否低电平，如果没有说明按键未按下。否则依次拉低列线然后依次判断行线来检测键号，执行对应的功能。频率数字预置部分完成键盘输入值转换成十六进制，产生频率字输出到DDS芯片，通过改变DDS相位增量输出相应频率的信号。示波器是用途最广泛的电子测量仪器之一．便于人们研究各种物理信号的变化过程，成品的示波器占面积大、笨重，且学生实验用示波器只需要测量波形频率幅度等参数．无需使用市场上昂贵的机器，本文设计的虚拟示波器子系统占面积小、能完成基本实验信号测量，可节约大量的实验室空间和设备购置成本。2．1系统的设计要求输入信号的范围在峰峰