低频扫频仪的设计与制作

　　滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，滤波电路有很多分类方法。常用的结构有C型滤波电路、倒L型滤波电路、π型滤波电路。比较以上几种滤波器，我们选用电路较简单、性能较好的π型滤波　　电路。
4．4A／D转换电路
　　A／D转换器的作用是把输入的模拟信号转换成数字形式,使得CPU能够处理从被测电路接收到的模拟信号。因A／D转换器应用范围极广,故其转换芯片品种及类型很多,常见的有ADC0809、ADC570、ADC574、ADC1210、ADC0804、5G14433等多种集成电路。我们选用ADC0809集成转换器，它是一个八通道多路开关、单片CMOS模／数转换器，每个通道均能转换出8位数字量，它是逐次逼近比较型转换器，包括一个高阻抗斩波比较器、一个带有256个电阻分压器的树状开关网络、一个控制逻辑环节和八位逐次逼近数码寄存器，最后输出级有一个八位三态输出锁存器。
　　为了保证扫频精度，在A／D转换器之前必须加上采样和保持电路，这是因为从模拟量到数字量的转换需要一定时间，在转换时，信号应保持稳定。采样保持电路如图5所示。
                       
4．5液晶显示电路
　　液晶显示器（LCD）是一种被动式显示器，由于它的功耗低、抗干扰能力强、显示界面效果良好，因而在低功耗的单片机系统中大量使用。
　　目前市面上的LCD显示屏种类繁多，我们选购了长沙太阳人电子有限公司生产的SMG12232B－2LCM产品。其显示容量是122×32点阵，芯片工作电压是4．5～5．5V，工作电流是5mA（5．0V），它有16只引脚、八位数据线。
4．6轻触键盘部分
　　控制面板是仪器的必要组成部分，它和显示输出设备一样，均是操作人员与仪器交互的窗口，也是系统与外界联系的纽带和界面。一个安全可靠的应用系统必须具有方便灵活的交互功能，它既能及时反映系统运行的重要状态，又能在必要时实现适当的人工干预。
　　键盘接口按不同标准可有不同分类方法，按键盘排布方式可分成独立方式和行列方式；按读入键值的方式可分成直读方式和扫描方式；按是否进行硬件编码可分成非编码方式和硬件编码方式；按CPU响应方式可分成中断方式和查询方式。我们选用结构简单、易于处理的行列扫描非编码中断方式键盘。电路原理图如图6所示。
                           

　　本面板共设控制键Y轴衰减、X轴压缩、中心频率调节以及相应的调谐键“＋”、“－”、全自动调整键（AUTO）。
4．7单片机控制台
　　单片机（CPU）是整个自动化系统的核心，也是整个硬件部分的总结，它由后述软件驱动各个控制单元。CPU的种类繁多，GI、Rockwell、Intel、Zilog、Motorola、NEC等世界大计算机公司都纷纷推出自己的单片机系列。我们选取最常用的Intel公司生产的MCS－51系列中的AT89C51芯片，它有40只引脚、8位数据线、16位地址线、4KBROM、128ByteRAM、两个外中断、两个16位定时／计数器、一个可编程全双工串行口、共32条可编程的I／O线。
　　中断式键盘的中断信号线连到CPU的外中断INT0，它的行列扫描线由P1口产生。MC145151、ADC0809、SMG12232B－2 LCM的片选信号由高8位地址线产生。由于MC145151有14位数据线，而AT89C51输出只有8位数据线，我们将CPU分两次送出，先送低字节，后送高字节（称右对齐）。相应的接口电路设置两个锁存器，分别锁存高字节和低字节。ADC0809采用中断方式接收数据，其中断信号线连到CPU的外中断INT1。
5软件设计
　　本系统的软件部分采用模块化程序设计方法，由汇编语言A51编写，共分为主程序（MAIN）、外中断0子程序（INT00）、外中断1子程序（INT11）、扫频信号产生子程序（SPXHCS）、液晶显示子程序（LCDSSEE）等几大模块。
　　在主程序中设置一个计数指针R7，代表在扫频范围内从低频端到高频端步进。当R7计数完毕时，重新赋值R7，并返回查找键值，若键值不变，则扫频各个参数均不变地再进行扫频；若键值有所改变，则计算相应的扫频参数重新扫频，如此反复循环。
　　外中断0子程序作为键盘扫描子程序，该程序采用一种新的设计方法，即在初始化CPU时，预先向P1口送数据＃0FH，若有键按下，则列线有一根变为低电平“0”，列线与门也输出低电平“0”，此时产生中断；否则若没键按下，则所有列线均为高电平“1”，列线与门也输出高电平“1”，不产生中断。在中断子程序中，将P1口数据转移到累加器A中，并“或”上＃0F0H，又转移到P1口，此时就可将P1口中的数据作为键值，程序框图略。
　　外中断1子程序作为扫频Y轴扫描子程序，当该程序产生中断时，随即读取ADC0809中的数据，然后转换成液晶显示代码。显示代码的转换采用查表指今的方法，在程序末尾建立一个显示代码表格。程序框图略。
　　扫频信号产生子程序并不负责产生扫频信号，它只送出14位数据给MC145151芯片。扫频信号由
硬件频率合成器产生和校准。由于MC145151是14位数据线，而AT89C51是8位数据线，在软件设计中采用右对齐的方式分两次送数，即先送低8位，然后送高8位，在硬件设计中采用两级数据锁存器。程序框图略。
　　液晶显示子程序分三个步骤：第一步进行液晶片“忙”检测；第二步进行内部写数据指针定位；第三步进行写显示代码数据。在以上三步中，关键的一步是第二步内部写数据指针定位，定位指针受X轴和Y轴扫频同时控制。程序框图略。
6系统扩展功能
　　由于本系统包含高精度的模／数转换，可在软件设计中稍加修改，运用采样示波器的原理，完成示波器的功能。且该示波器可以测量周期长、变化缓慢的信号，例如温度的变化、气候的变化等参量。