基于ADuC841的低頻信號的存儲與回放

　　摘要：本系統(tǒng)以ADuC841為主芯片，通過AD采樣，將幅度為0~1V，頻率小于1KHZ的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，存儲在單片機的內(nèi)存中，存儲深度為10k，并由ADuC的DAC模塊輸出到示波器上顯示，同時在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，連續(xù)穩(wěn)定顯示和實時存儲，實時顯示的功能。
　　關(guān)鍵詞：ADuC841；ADC； DAC； LCD；動態(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，性能強等優(yōu)點，故選擇由單片機上的ADC模塊直接采樣。
　　2. D/A轉(zhuǎn)換
　　ADuC841片上集成有兩個通道的12位電壓輸出DAC，每個通道的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ADC采樣后的數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存中，直接就可以用DAC轉(zhuǎn)換出來，故選擇單片機上的DAC模塊直接轉(zhuǎn)換。
　　3. LCD液晶顯示屏
　　實驗板的液晶模塊由STC單片機控制，STC與ADuC841采用IIC通信，由于STC代碼有待改進，繪圖功能不理想，本文采用ADuC841直接驅(qū)動LCD，鍵盤則仍由STC驅(qū)動。
　　二、理論分析及相關(guān)計算
　　1. A/D采樣
　　這里我們主要是對ADC的專用寄存器進行設(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的工作時鐘頻率必須等于或低于8.38MHZ，并且采樣時間不短于三個ADC時鐘周期。在這里我們選擇PLL分頻數(shù)為2，模數(shù)轉(zhuǎn)換的時鐘數(shù)為4，滿足實驗要求；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模塊使用起來很簡單，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，不能清除存儲圖形數(shù)據(jù)的GDRAM，GDRAM只能通過逐字節(jié)寫0方式清除，故當(dāng)液晶屏顯示完一幀圖像，需要更新時，刷新速度會很慢。
　　2） 在串行模式下，ST7920只能寫入數(shù)據(jù)，不能讀出數(shù)據(jù)，因此給繪圖帶來諸多不便，比如畫點時寫入的數(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。
　　解決方案是將GDRAM映射到單片機可讀寫的存儲區(qū)域，即開辟顯示緩存，可供選擇的區(qū)域有ADuC841的internal XRAM和外部RAM HM62256，考慮到讀寫速度，選擇前者。同時在LCD實時顯示時，需將采樣數(shù)據(jù)作緩沖，故開辟128*2字節(jié)的緩沖區(qū)，存儲區(qū)分配如圖（1）所示
　　本實驗LCD顯示動態(tài)波形的方式有兩種：
　　1） 一點一點地顯示，同時對顯存作相應(yīng)改動，滿一屏后GDRAM清零，然后再畫點。
　　2） 在顯存中預(yù)先設(shè)置一幀圖像信息，然后寫入GDRAM，顯示第二幀時，重復(fù)前述步驟。
　　由于ST7920中GDRAM的清零只能通過逐字節(jié)寫0實現(xiàn)，而每顯示一點又要對GDRAM做相應(yīng)操作，并且寫GDRAM的速度遠(yuǎn)小于讀寫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)實際驗證確實如此。
　　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ST7920寫數(shù)據(jù)的速度，查閱ST7920的數(shù)據(jù)手冊知串行時鐘高電平與低電平最短維持時間均為200ns，故應(yīng)讓ADuC841產(chǎn)生串行時鐘的周期盡量接近400ns，時間過長將影響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)測試
　　1.輸入信號
　　輸出信號
　　五、實驗結(jié)論
　　通過測試之后，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)能很好的完成單次存儲，連續(xù)穩(wěn)定顯示和實時存儲，實時顯示的功能，達到了設(shè)計要求。
　　參考文獻：
　　[1]李剛，林凌.易學(xué)易用高性能SoC單片機ADuC841 [M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2006.
　　[2]李建忠.單片機原理及應(yīng)用 [M].西安：西安電子科技大學(xué)，2002.
　　[3]龔運新.單片機C語言開發(fā)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.
　　（作者單位：華中師范大學(xué)物理學(xué)