医疗等行业的信号采集与数字滤波系统课程设计报告——proteus部分

1、一、引s电子技术、通信技术和计算机技术在迅猛地发展。世界各大电子器件公司都在积极 开发新型元件。以微型计算机为平台，配以专用的mcu、arm、dsp为实现某些测量 和控制功能而构成的通用或专用仪器系统，必将有大发展。我们这个课程所设讣就是用于医疗等行业的信号采集与数字滤波系统。设计任务： 设计具备a/d、d/a的cpu单片系统，编写控制软件，并用proteus仿真。 用matlab软件工具对所采集的数据做各种iir、fir数字滤波，并做性能比饺。二、课程设计内容（一） a/d、d/a的cpu单片机系统1、设计要求1）ffl proteus设计基于8051或arm系统的釆集系统，三种采样率（25

2、0h乙1khz, 2khz） 采样率，12 bit a/d, 一个d/a输出2）编制系统程序 a/d时序控制 自定义a/d数据采集存放起始地址，数据循环存储 自定义d/a输出地址，送存储的数据再通过d/a转换，送示波器显示2、元器件的选用1）处理器 型号：8051 原理图9ad|0.7)ale ea psen 功能模块01234567 ppppp 1"pp 18051p3.0/rxd p3.1/txd p3.2/i7nu p3.3/intfp3.4/top3.5/t1p3.6 顾p3.7屈qhlhlhl工c2dcip-51 8051controller coreo4o2kb i&qu

3、ot; flash po0占extal1xtal2o0"5o ko » rams 心am0b” / a2fhc”system clock setupciort i/o c "gw"。、digital p«nphtralsusb penpheralrwii/lwcmroh1kb ramanalog ptriphtralsxr o0aoobtr x aocmur«ftodfoftvtffdetv”2 amm 功能8051作为本设计的核心处理器，其功能在于控制a/d的模数转换和转换结果的 读取、ram和dac1208的高8位和低4位的数据存

4、储以及dac1208的数模转 换的输出。2) a/d型号：max1240 原理图u9±丄aindout sclk4 ref$hdnmaxi 240 | <text> 配置电路图2 7vio3.6vvd0max5.?5v(max1241)4.7对(max124o)o.lpf (max1241)卫讪serial interfaceanalog input °< ovtovrefshutdown 3input *!referfnce；input (max1241 only) 时序图 模数转换时序csrowwwwwwoctwcmd t,sw nmlnold-h s

5、clk(xwi s(la>0>|vo|is»|vaockouislrialdaiatrack12.5x0耶亠邸km = 13 耶一>1丄 bailing zerosacmimewcsishigkdouijgh z 工作过程 在shdn=i前提下，令片选有效，同时保持sclk为低电平，经过一个周期后， 转换正式开始。当模数转换完成后，数据输出端dout由低电平翻转为高电平。所 以也可通过查询dout的状态确定转换是否完成； 读取数据，在外部输入13个脉冲后，数据读取完成，将片选端置高电平。只要令 片选再次有效，就可以重新开始一轮新的模数转换和读収过程。 数据读取完成后

6、，如果仍然保持片选有效，则dout端始终输出低电平。 功能a/d转换芯片，完成信号的模数转换3) d/a型号：dac12o8 原理图xfranaloc outfutvr1 anoicv_/、/maioc outfut/latcmcoloaoiiit mfutovimmruaentramwtruiitdmiatcm (4tltlhhltw iatcmwoototnco/alatch also cmang(o)tl/h/5690-8配置电路图cs wrt gnddi5di4di3di2di1 diovrefrfbgndvccbyte 1/2xferdi6di7di8di9di1odi11 iout

7、2 iout1cohtaol bvsvrcs qunwrfull scalltl/h/sebo-1 时序图oatavalidvalid>/rmt virfn 功能d/a转换芯片，完成信号的数模转换 4）数据存储器 型号：6264 原理图01234567oooooocoj?知鈴竄"第窗a10a11a12cecs器 功能存储模数转换的结果，循环存储，存储空间64k5）锁存器型号：74ls373 原理图u?3q0 q1q2q3256 _9_q412q515q616q7190ele74ls373 功能地址锁存器，用于8051的p0 口数据地址复用时锁存低八位地址6）放大器型号：lm32

8、4 原理图 功能 构成dac1208基本配置电路 信号输出端具有缩小放大倍数和反相功能，使得转换输出后的信号与原信号的幅度和相位尽可能相同硬件电路设计1）硬件设计框图劇信号纵dac1208并行 da皴计mc1208并行da2）硬件设计原理图scxtmixt2m 1/no 八mot «1artfr$t1£ i 11j131415i ojlr2mst18ji丄ds-udl上行 1.=4、系统软件设计1）软件设计框图250hz采祥可二2khzjk计数初值f060lkhz迪否有中斷 賦计数初值fe0c根据采样率重赋计数初值max1240进行哎数转换dptr前三位昼为010,高8 位

9、数另写进ram和dac12o8idptr前三位置为000,低4 位数男写进ram和dac1208idptr®三位宣为101, ram 不使能，dac1208输出键黑结東2）软件源代码及注释org 0000hump mainorg 000bh;time0中断入口地址ljmp progorg 0100hmain:movsp,#60hjnbp1.4zll;pl.4 若为低，250hz 采样率jnbp1.5,l2;pl.5 若为低，lkhz 采样率jnb p1.6,l3; pl.6 若为低,2khz 采样率l1:mov tho,#ofohmov tlo,#6oh;计数器0赋初值,250hz,

10、计数初值61536sjmp conl2:movtho,#ofchmovtlo,#18h;计数器0赋初值，lkhz,计数初值64536sjmp conl3:movtho,#ofehmovtlo,#och;计数器0赋初值，2khz,计数初值65036sjmp concon:movtmod, #01h;工作方式 1mov dptr,#4000h;ram地址0, dac1208高八位寄存器地址的前三位取0100c0setb eto;to 开屮断setb ea;cpu 开中断setb tro;to 启动sjmp$;等待中prog:jnb p1.4zm1jnb pl.5,m2jnb p1.6zm3ml:m

11、ov tho,#ofoh;重赋计数初值movtl0,#60hsjmp max1240m2:movtho,#ofchmovtlo,#18hsjmp max1240m3:movtho,#ofehmov tlo,#ohsjmp max1240max1240:mov a,#ooh;初始化累加器amov r7,#08h;位计数器设置为8setb p1.3;shdn设置为正常模式clr p1.1;clk初始化为低clr p1.2;max1240片选信号有效nop；从第二个时序开始jnb p1.0,$;等待a/d转换结束setb p1.1msb:clrp1.1;clk下降沿，开始读数据，一个脉冲读一位nop

12、setb p1.1;clk ±升沿，从dout读出数据mov c,p1.0;dout 数据读入 cpurlc a;a寄存器左移位djnz r7,msb;循环，直到读完高八位mov rl,a;把高八位数据存到r1mov r7,#04h;位计数器设置为四次mov a,#ooh;初始化累加器lsb:clr p1.1nopsetb pl.lmov c,p1.0rlc adjnz r7,lsbmov r2,a;低四位数据送r2保存，高四位为0nopsetb p1.2;片选信号无效clr p1.3;shdn置0, max2240进入待机模式dac:mov m00011111bmov r3,dph

13、anla,r3mov r3,amov a,#01000000b0rla,r3mov dph,a;dptr前三位设为010,其余位不变，得到ram地址和dac1208高八位地址mov a,r1;发送高八位数据movx dptr,a;高八位存到ram和dac1208高八位寄存器inc dptr;ram 地址加一mov m00011111bmov r3,dphanla,r3mov dph,a;dptr前三位置0,得到ram地址和dac1208低四位寄存器地址mova,r2泼送低以位数据movx dptr,a;低四位存到ram和dac1208低四位寄存器mov a,#10100000b;mov r3q

14、ph0rla,r3mov dph,a;dptr前三位设为101, ram不使能，得到dac1208十二位寄存器地址 movx dptr,a;十二位 da 转换inc dptr;ram 地址加一retiend5> 仿真结果为了展现不同采样频率对同一信号的釆样结果的不同，本设计仿真的信号源的频率均采号与经过处理的信号的波形,用42hz,幅度均为1.07o lkhz采样率下将展示正眩波、三角波、锯齿波和方波的原信而250hz和2khz下将仅展示正弦波的波形，用于不同采样率的比较，其余波形类似，不在赘述。1）采样率为lkhz 正弦波 三角波vsm signs- genermor 1回channe

15、l cinit-lvsm signal generftor 1crwxbcrmzxd ss2）采样率为250hzdigital oscilloscope.; o 1分析：我们明显可以看出，25ohz采样率下，处理后的波形与原信号差异明显，这正是由于 采样率相对于原信号的频率比较低，所以导致了明显的失真现象。3）采样率为2khz分析：我们明显可以看出，2khz采样率下，失真现象明显减弱，我们可以得出结论，采样率越高，输岀信号越能接近原信号。4)ram内容memory contents u20000 0020 0040 0040 ooto 00a0 ooco 00«0010001200140u1w01b001a001c0olto02000220024002302 to02a0ioko02c0ojoo 0320 omo 030 olto 0>a0 oko01<0040004200440044004s004aookoo4fo0500 0520 0s40 0$0osioosao0$c0osco0