基于proteus仿真的数字滤器波器设计.docx
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1、智能仪器基础与设计课程设计设计报告(部分)智能仪器基础与设计课程设计基于单片机C语言编程及LCD液晶显示器的数字滤波显示系统设计Design of Digital Filter and Display System Based on C language Programming and Single-Chip Computers基于单片机C语言编程及LCD液晶显示器的数字滤波显示系统设计摘 要本次实验设计的主要内容是在Proteus仿真环境下,借助单片机和c语言编程,实现对模拟信号的采集、滤波以及对滤波后信号的LCD动态显示。本次设计主要采用了三中滤波方式:平均值滤波、中位置滤波、递推平均滤波
2、。应用的主要器件有:MCS-51单片机,TLC549 8位串行AD,KS0108控制的12864 LCD ADC0808 DAC0832。通过对叠加了噪声信号的模拟信号的模数转换实现信号采集,在单片机内部采用函数滤波滤出信号上面叠加的高频噪声,最后通过单片机控制两个LCD分别示波器输出采集到的叠有噪声的信号和滤波后的结果。关键字数字滤波 LCD动态显示 MCS-51 TLC549 KS0108 12864 ADC0808 DAC0832AbstractThis experiment design is mainly based on the environment of Proteus 8.0
3、, single-chip computer and C language programming. This design managed to collect analog signal, filter signal and dynamic display signal on LCD. In this design, we used 3 diffident filter methods: mean filter; medium filter; recursive average filtering. The devices we used are: MCS-51 single-chip c
4、omputer; 8-bit serial ADC TLC549; LCD 12864 with its driver KS0108 ADC0808 DAC0832.KeywordDigital filtering LCD dynamic display MCS-51 TLC549 KS0108 12864 ADC0808 DAC0832目 录1 引言51.1课题背景介绍52 各部分器件简单介绍42.1 MCS-51单片机 42.2 AD转换器ADC0808 52.3 DA转换器DAC0832 73 数字滤波器设计83.1 数字滤波原理介绍83.2 信号发生电路163.3 单片机电路163.4
5、 数据采集电路173.5 DA转换电路183.6 总电路194 程序设计204.1程序流程图204.2 主程序21参考文献25附录252 各部分器件功能及使用方法介绍:2.1 MCS-51单片机:图2.1-2在HMOS技术大发展的背景下,Intel公司在MCS-48系列的基础上MCS-51 系列单片机1,于1980年推出了8位MCS-51系列单片机。它与以前的机型相比,功能增强了许多,就其指令和运行速度而言,超过了INTEL8085的CPU和Z80的CPU,成为工业控制系统中较为理想的机种。较早的MCS-51典型时钟为12MHz,而目前与MCS-51单片机兼容的一些单片机的时钟频率达到40MH
6、z甚至更高,现在已有400MHz的单片机问世。图2.1-151系列是基本型,包括8051、8751、8031、8951.这四个机种区别,仅在于片内程序储存器。8051为4KBROM,8751为4KBEPROM,8031片内无程序储存器,8951为4KBEEPROM。其他性能结构一样,有片内128B RAM,2个16位定时器/计数器,5个中断源。其中,8031性价比较高,又易于开发,目前应用面广泛。51系列单片机的特点-8位cpu-片内带振荡器,频率范围为1.2MHz12MHz-片内带128B的数据存储器-片内带4KB的程序存储器-程序存储器的寻址空间为64KB-片外数据存储器的寻址空间为64K
7、B-128个用户位寻址空间-21个字节特殊功能寄存器-4个8位的I/O并行接口:P0、P1、P2、P3-两个16位定时、计数器-两个优先级别的五个中断源-一个全双工的串行I/O接口,可多机通信-111条指令,包含乘法指令和除法指令-片内采用单总线结构-有较强的位处理能力-采用单一+5V电源2.2 AD转换器ADC0808:ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本,功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A
8、/D转换,实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。转换电压 -0.3VVcc+0.3V电源电压6.5V控制端电压 -0.3V15VADC0808芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如右图所示。各引脚功能如下:15和2628(IN0IN7):8路模拟量输入端。8、14、15和1721:8位数字量输出端。22(ALE):地址锁存允许信号,输入,高电平有效。6(START): A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位,下降沿启动A/D转换)。7(EOC): A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电
9、平)。9(OE):数据输出允许信号,输入,高电平有效。当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。10(CLK):时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。12(VREF(+)和16(VREF(-):参考电压输入端11(Vcc):主电源输入端。13(GND):地。2325(ADDA、ADDB、ADDC):3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路图2.2-2图2.2-12.3 DAC 0832: DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转
10、换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。图2.3-1* D0D7:8位数据输入线,TTL电平,有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错);* ILE:数据锁存允许控制信号输入线,高电平有效;* CS:片选信号输入线(选通数据锁存器),低电平有效;* WR1:数据锁存器写选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1,当LE1为高电平时,数据锁存器状态随输入数据线变换,LE1的负跳变时将输入数据锁存;* XFER:数据传输控制信号输入线,低电平有效,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效;* WR2:DAC寄存器
11、选通输入线,负脉冲(脉宽应大于500ns)有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时,DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化,LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。* IOUT1:电流输出端1,其值随DAC寄存器的内容线性变化;* IOUT2:电流输出端2,其值与IOUT1值之和为一常数;* Rfb:反馈信号输入线,改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度;* Vcc:电源输入端,Vcc的范围为+5V+15V;* VREF:基准电压输入线,VREF的范围为-10V+10V;* AGND:模拟信号地;* DGND:数字信号地。3 数字滤波原理
12、介绍介绍:数字滤波方法有很多种,如中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波,限幅滤波等等。本次课程设计我选用的是限幅滤波方法和中位值滤波法3.1.1限副滤波A、方法: 根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A) 每次检测到新值时判断: 如果本次值与上次值之差A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值 B、优点: 能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰 C、缺点 无法抑制那种周期性的干扰 平滑度差程序:/* A值可根据实际情况调整 value为有效值,new_value为当前采样值 滤波程序返回有效的实际值 */ #define A 10char value;char filter()
13、char new_value; new_value = get_ad(); if ( ( new_value - value A ) | ( value - new_value A ) )return value; elsereturn new_value; 3.1.2中位值滤波法 A、方法: 连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列 ,取中间值为本次有效值 B、优点: 能有效克服因偶然因素引起的波动干扰,对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果 C、缺点: 对流量、速度等快速变化的参数不宜程序:/* N值可根据实际情况调整 排序采用冒泡法*/ #define N 11char
14、 filter() char value_bufN; char count,i,j,temp; for ( count=0;countN;count+) value_bufcount = get_ad(); delay(); for (j=0;jN-1;j+) for (i=0;ivalue_bufi+1 ) temp = value_bufi; value_bufi = value_bufi+1; value_bufi+1 = temp; return value_buf(N-1)/2; 3.1.3算术平均滤波法 A、方法: 连续取N个采样值进行算术平均运算 N值较大时:信号平滑度较高,但灵
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