基于ADuC841的低頻信號(hào)的存儲(chǔ)與回放

　　摘要：本系統(tǒng)以ADuC841為主芯片，通過(guò)AD采樣，將幅度為0~1V，頻率小于1KHZ的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)在單片機(jī)的內(nèi)存中，存儲(chǔ)深度為10k，并由ADuC的DAC模塊輸出到示波器上顯示，同時(shí)在LCD屏上顯示出穩(wěn)定的波形。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單次存儲(chǔ)，連續(xù)穩(wěn)定顯示和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)顯示的功能。
　　關(guān)鍵詞：ADuC841；ADC； DAC； LCD；動(dòng)態(tài)波形
　　一、 系統(tǒng)方案論證
　　1. A/D采樣
　　ADuC841片上ADC是快速（420kS/s），8通道12位，單電源供電的ADC模塊。該模塊由多路開(kāi)關(guān)，采樣/保持電路，片上參考電源，校準(zhǔn)電路和ADC本身等組成。由于它具有精度高，性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，故選擇由單片機(jī)上的ADC模塊直接采樣。
　　2. D/A轉(zhuǎn)換
　　ADuC841片上集成有兩個(gè)通道的12位電壓輸出DAC，每個(gè)通道的DAC均有軌到軌輸出的緩沖放大器，放大器能夠驅(qū)動(dòng)10千歐/100pF的負(fù)載，輸出范圍可以設(shè)置在0~Vref或0~AVdd。經(jīng)單片機(jī)ADC采樣后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存中，直接就可以用DAC轉(zhuǎn)換出來(lái)，故選擇單片機(jī)上的DAC模塊直接轉(zhuǎn)換。
　　3. LCD液晶顯示屏
　　實(shí)驗(yàn)板的液晶模塊由STC單片機(jī)控制，STC與ADuC841采用IIC通信，由于STC代碼有待改進(jìn)，繪圖功能不理想，本文采用ADuC841直接驅(qū)動(dòng)LCD，鍵盤(pán)則仍由STC驅(qū)動(dòng)。
　　二、理論分析及相關(guān)計(jì)算
　　1. A/D采樣
　　這里我們主要是對(duì)ADC的專(zhuān)用寄存器進(jìn)行設(shè)置，首先ADCCON1=0xBC（10111100），使ADC上電處于工作狀態(tài)，并選擇內(nèi)部參考電源，為了保證ADC的正常工作，ADC的工作時(shí)鐘頻率必須等于或低于8.38MHZ，并且采樣時(shí)間不短于三個(gè)ADC時(shí)鐘周期。在這里我們選擇PLL分頻數(shù)為2，模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘數(shù)為4，滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求；接著ADCCON2主要是選擇轉(zhuǎn)換的通道，這里我們選擇3通道。
　　2.D/A轉(zhuǎn)換
　　ADuC841的DA模塊使用起來(lái)很簡(jiǎn)單，這里我們選擇DAC1，它的輸出范圍為0V~Vref，所以DACCON=0x16。
　　3. LCD液晶顯示屏
　　液晶模塊采用的驅(qū)動(dòng)芯片是ST7920，該芯片適合字符顯示，但是在圖形應(yīng)用中有如下不足：
　　1） CLEAR指令只能清除DDRAM，不能清除存儲(chǔ)圖形數(shù)據(jù)的GDRAM，GDRAM只能通過(guò)逐字節(jié)寫(xiě)0方式清除，故當(dāng)液晶屏顯示完一幀圖像，需要更新時(shí)，刷新速度會(huì)很慢。
　　2） 在串行模式下，ST7920只能寫(xiě)入數(shù)據(jù)，不能讀出數(shù)據(jù)，因此給繪圖帶來(lái)諸多不便，比如畫(huà)點(diǎn)時(shí)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)覆蓋先前的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致單行不能顯示連續(xù)的點(diǎn)。
　　解決方案是將GDRAM映射到單片機(jī)可讀寫(xiě)的存儲(chǔ)區(qū)域，即開(kāi)辟顯示緩存，可供選擇的區(qū)域有ADuC841的internal XRAM和外部RAM HM62256，考慮到讀寫(xiě)速度，選擇前者。同時(shí)在LCD實(shí)時(shí)顯示時(shí)，需將采樣數(shù)據(jù)作緩沖，故開(kāi)辟128*2字節(jié)的緩沖區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)分配如圖（1）所示
　　本實(shí)驗(yàn)LCD顯示動(dòng)態(tài)波形的方式有兩種：
　　1） 一點(diǎn)一點(diǎn)地顯示，同時(shí)對(duì)顯存作相應(yīng)改動(dòng)，滿(mǎn)一屏后GDRAM清零，然后再畫(huà)點(diǎn)。
　　2） 在顯存中預(yù)先設(shè)置一幀圖像信息，然后寫(xiě)入GDRAM，顯示第二幀時(shí)，重復(fù)前述步驟。
　　由于ST7920中GDRAM的清零只能通過(guò)逐字節(jié)寫(xiě)0實(shí)現(xiàn)，而每顯示一點(diǎn)又要對(duì)GDRAM做相應(yīng)操作，并且寫(xiě)GDRAM的速度遠(yuǎn)小于讀寫(xiě)internal XRAM的速度，因此同樣顯示一屏圖像，方式1的速度不如方式2，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證確實(shí)如此。
　　顯示方式確定后就是要提高LCD刷新一幀圖像的速度。優(yōu)化的關(guān)鍵是提高對(duì)ST7920寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度，查閱ST7920的數(shù)據(jù)手冊(cè)知串行時(shí)鐘高電平與低電平最短維持時(shí)間均為200ns，故應(yīng)讓ADuC841產(chǎn)生串行時(shí)鐘的周期盡量接近400ns，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將影響LCD的響應(yīng)速度，解決方案是采用較為精確的內(nèi)嵌匯編的延時(shí)函數(shù)。
　　三、 系統(tǒng)框圖及流程圖
　　1.電路框圖
　　2.軟件流程圖
　　四、系統(tǒng)測(cè)試
　　1.輸入信號(hào)
　　輸出信號(hào)
　　五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論
　　通過(guò)測(cè)試之后，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)能很好的完成單次存儲(chǔ)，連續(xù)穩(wěn)定顯示和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)顯示的功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
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