基于ADuC841的低频信号的存储与回放

　　摘要：本系统以ADuC841为主芯片，通过AD采样，将幅度为0~1V，频率小于1KHZ的信号转换成数字信号，存储在单片机的内存中，存储深度为10k，并由ADuC的DAC模块输出到示波器上显示，同时在LCD屏上显示出稳定的波形。该系统能够实现单次存储，连续稳定显示和实时存储，实时显示的功能。
　　关键词：ADuC841；ADC； DAC； LCD；动态波形
　　一、 系统方案论证
　　1. A/D采样
　　ADuC841片上ADC是快速（420kS/s），8通道12位，单电源供电的ADC模块。该模块由多路开关，采样/保持电路，片上参考电源，校准电路和ADC本身等组成。由于它具有精度高，性能强等优点，故选择由单片机上的ADC模块直接采样。
　　2. D/A转换
　　ADuC841片上集成有两个通道的12位电压输出DAC，每个通道的DAC均有轨到轨输出的缓冲放大器，放大器能够驱动10千欧/100pF的负载，输出范围可以设置在0~Vref或0~AVdd。经单片机ADC采样后的数据存储到内存中，直接就可以用DAC转换出来，故选择单片机上的DAC模块直接转换。
　　3. LCD液晶显示屏
　　实验板的液晶模块由STC单片机控制，STC与ADuC841采用IIC通信，由于STC代码有待改进，绘图功能不理想，本文采用ADuC841直接驱动LCD，键盘则仍由STC驱动。
　　二、理论分析及相关计算
　　1. A/D采样
　　这里我们主要是对ADC的专用寄存器进行设置，首先ADCCON1=0xBC（10111100），使ADC上电处于工作状态，并选择内部参考电源，为了保证ADC的正常工作，ADC的工作时钟频率必须等于或低于8.38MHZ，并且采样时间不短于三个ADC时钟周期。在这里我们选择PLL分频数为2，模数转换的时钟数为4，满足实验要求；接着ADCCON2主要是选择转换的通道，这里我们选择3通道。
　　2.D/A转换
　　ADuC841的DA模块使用起来很简单，这里我们选择DAC1，它的输出范围为0V~Vref，所以DACCON=0x16。
　　3. LCD液晶显示屏
　　液晶模块采用的驱动芯片是ST7920，该芯片适合字符显示，但是在图形应用中有如下不足：
　　1） CLEAR指令只能清除DDRAM，不能清除存储图形数据的GDRAM，GDRAM只能通过逐字节写0方式清除，故当液晶屏显示完一帧图像，需要更新时，刷新速度会很慢。
　　2） 在串行模式下，ST7920只能写入数据，不能读出数据，因此给绘图带来诸多不便，比如画点时写入的数据覆盖先前的数据，导致单行不能显示连续的点。
　　解决方案是将GDRAM映射到单片机可读写的存储区域，即开辟显示缓存，可供选择的区域有ADuC841的internal XRAM和外部RAM HM62256，考虑到读写速度，选择前者。同时在LCD实时显示时，需将采样数据作缓冲，故开辟128*2字节的缓冲区，存储区分配如图（1）所示
　　本实验LCD显示动态波形的方式有两种：
　　1） 一点一点地显示，同时对显存作相应改动，满一屏后GDRAM清零，然后再画点。
　　2） 在显存中预先设置一帧图像信息，然后写入GDRAM，显示第二帧时，重复前述步骤。
　　由于ST7920中GDRAM的清零只能通过逐字节写0实现，而每显示一点又要对GDRAM做相应操作，并且写GDRAM的速度远小于读写internal XRAM的速度，因此同样显示一屏图像，方式1的速度不如方式2，经实际验证确实如此。
　　显示方式确定后就是要提高LCD刷新一帧图像的速度。优化的关键是提高对ST7920写数据的速度，查阅ST7920的数据手册知串行时钟高电平与低电平最短维持时间均为200ns，故应让ADuC841产生串行时钟的周期尽量接近400ns，时间过长将影响LCD的响应速度，解决方案是采用较为精确的内嵌汇编的延时函数。
　　三、 系统框图及流程图
　　1.电路框图
　　2.软件流程图
　　四、系统测试
　　1.输入信号
　　输出信号
　　五、实验结论
　　通过测试之后，发现本系统能很好的完成单次存储，连续稳定显示和实时存储，实时显示的功能，达到了设计要求。
　　参考文献：
　　[1]李刚，林凌.易学易用高性能SoC单片机ADuC841 [M].西安：西安交通大学出版社，2006.
　　[2]李建忠.单片机原理及应用 [M].西安：西安电子科技大学，2002.
　　[3]龚运新.单片机C语言开发技术[M].北京：清华大学出版社，2006.
　　（作者单位：华中师范大学物理学