基于STC12C5408AD的記憶示波器

1 引言

示波器是電子測量的基本儀器。由于其具有圖形顯示實時、直觀和形象等特性，在一般的物理實驗室中它也是常用儀器之一。眾所周知，示波器是依據(jù)輸入電壓調制的電子束掃描、熒屏余輝以及人眼的暫留效應等原理制成的；它要求輸入周期信號；對于非周期性的信號，普通示波器是無能為力的，必須使用具有記憶功能的專用示波器，但這種示波器價格高昂，一般的物理實驗室無法大量配置。

信息時代，個人計算機大量普及。普通物理實驗室以及一般的中學都已配備了大量的計算機(以下稱PC)。但這些PC大都用于文字信息處理和計算工作，其內在的功能還遠遠沒有發(fā)揮，實際上造成了巨大的浪費。

我們知道，PC具有很強的圖像顯示功能。如果能夠開發(fā)、利用這一功能，配上外部接口電路，將一些物理過程，如溫度、濕度、壓力等等，經(jīng)過相應的傳感器，將非電量轉換成電壓量，再經(jīng)調理電路處理后送入STC單片機進行A／D轉換，轉換成數(shù)字量后再由串口發(fā)送到PC機，由PC機進行存儲和圖形顯示，從而構成了記憶示波器。

2 STC12C5408AD簡介

STC12C5408AD是新一代增強型8051單片機，速度快，集成度高，電壓范圍寬(3.8 V～5.5 V)，指令系統(tǒng)和MCS-51系列完全兼容。其內部還有8 KBFlash程序存儲器，512字節(jié)RAM、2 KB EEPROM、8通道10位ADC、4路PWM以及硬件看門狗(WDT)等寶貴資源，性價比極高。它的23個I／O口、內部電源供電系統(tǒng)、時鐘電路、復位電路以及看門狗電路都經(jīng)過特殊處理，具有超強的抗干擾能力。STC12C5408AD具有ISP功能，用戶在自己的目標系統(tǒng)上，經(jīng)串口和PC連接，就可直接由PC對其進行ISP下載編程，時間僅幾秒鐘，使用非常方便。又由于編程方便和快捷，因而可在用戶程序的任意位置插入“SJMP$”死循環(huán)指令作“斷點”(測試后刪除)，重新匯編、下載和運行；程序運行到此便停住，用戶可方便地檢查當前的硬件真實狀態(tài)；如需檢測某些寄存器的狀態(tài)。可在“斷點”指令前插入讀寄存器并串發(fā)到PC的指令段，便可在PC上顯示當前的寄存器狀態(tài)供檢測，可節(jié)省專用編程器和仿真機的昂貴開支。

3 A／D轉換

本系統(tǒng)中主要應用了該單片機的10位A／D功能。STC12C5408AD的8路10位A／D轉換口位于P1.0～P1.7，速度可達100 kHz,其A／D功能由有關寄存器來設置。

上電復位后，P1口為弱上拉型I／O狀態(tài)。選用P1.3腳作A／D通道，必須先將其設置為開漏(或高阻輸入)狀態(tài)。P13KL子程序就是完成這個設置。

3.1 轉換控制寄存器

轉換控制寄存器ADC_CONTR(地址0C5H)格式如圖1所示，各位的具體含義如下：

(1) A／D電源控制位D7

D7=1時，打開A／D電源；初次打開時，延時1ms，待A／D電路供電穩(wěn)定后，再啟動A／D，以保證A／D精度。ADC_ON子程序如下：



(2) 轉換速度控制位D6D5

D6D5=00時，轉換速度最慢(840個時鐘)

D6D5=11時，轉換速度最快(210個時鐘)，本例用11。

(3) 模擬輸入通道選擇位D2D1D0

其位值為i(i=0，1，2，…，7)時，選中P1.i為A／D輸入通道；本例選P1.3，i=3。

(4) 轉換啟動位D3

D3=1，啟動A／D轉換；啟動后硬件自動清零。

(5) 轉換結束標志位D4

A／D轉換完畢，D4=1；必須由軟件清0。

3.2 轉換結果寄存器

A／D結果高8位寄存器ADC_DATA，地址OC6H(D7～D0)；

A／D結果低2位寄存器ADC_LW02，地址OBEH(D1D0)；

3.3 A／D轉換子程序RDAD

本例由于用PC機屏幕顯示A／D波形，PC機Y軸方向只能由8位數(shù)據(jù)控制，故只用高8位。每次讀畢再發(fā)給PC機處理。

3.4 基本程序清單

4 PC軟件設計

PC軟件由串行通訊和圖形顯示兩部分組成。為提高運行速度，用PC匯編語言進行程序設計。

串行通訊主要是通訊協(xié)議和對異步串行通訊接口的有關寄存器如通訊線控制寄存器3FBH、通訊狀態(tài)寄存器3FDH、數(shù)據(jù)發(fā)送保持／數(shù)據(jù)接收緩沖寄存器3F8H等進行相應的設置和處理。

圖形顯示部分主要有640×350彩色圖形顯示方式的設置，X、Y坐標軸的描繪及圖像點的繪制和清除。鑒于PC匯編語言較繁雜，在此不具體介紹。

5 效果實例

圖2、圖3分別是RC充放電A／D電路和RC微分A／D電路，圖4、5、6分別為電容充電(按下按鈕1)、放電(按下按鈕2)、微分(按下按鈕3)過程的波形圖；每調整一下電位器，曲線就相應變化；圖形清晰、翔實、實時性好，真實、生動地描繪了上述過程電容電壓的實際變化情況，使用非常方便。

在PC已經(jīng)非常普及的情況下，花幾百元配置這樣一個系統(tǒng)，是非常值得的。如果再加上傳感器和調理電路，其用途將會非常廣泛。