WAVEFORMS&AD2在单片机开发中的应用
摘要：主要结合WaveForms软件和AD2硬件搭建检测系统平台，对基于单片机开发的温湿度检测装置进行在线数据检测与分析。从DHT11数字传感器总线上的信号检测和单片机P1口的8位输出信号与液晶屏LCD1602上显示的数据进行分析，最终通过检测与分析进行验证得到正确结论。目前这套软、硬件平台在我院嵌入式实验项目开发、教学过程中的应用取得良好的效果。
关键词：AD2；单片机；DHT11；检测；分析
中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）02-0016-01
目前，南通理工学院在实验教学过程中部分实验室仍然采用原有的仪器仪表开展实验教学，受于实验教学中仪器仪表台套数的限制，嵌入式实验室在实验教学过程中进行了研究與探索，引入系统采用WaveForms软件和AD2（Analog Discovery2）硬件平台来提高实验教学的效果。AD2是一款由 Xilinx与Analog Devices携手推出，DIGILENT原厂的革命性产品，搭载一颗Xilinx Spartan-6 FPGA核心芯片，它使用WaveForms软件能够自动将FPGA编程为一个9合1多功能测试测量仪器。FPGA通过USB 2.0接口与电脑上的WaveForms软件通信，以协同控制AD2的功能模块。FPGA能够对数据进行快速的处理，并且，通过WaveForm对AD2中的FPGA编程，可以实现更丰富的高级功能，定制针对不同应用的系统。同时，设备采用了ADI提供的模拟电路芯片，包含数据转换器、放大器、各种接口以及电源管理器件，让学生能够将基础实验与综合创新实验甚至大学生电子设计竞赛的实验室基本配置搬到寝室和家里，真正实现随时随地动手创新。
1 系统结构
实验室在学生创新训练过程中开发的项目众多，本文主要是以基于单片机的温湿度检测装置为案例，阐述WaveForms软件和AD2硬件平台在创新项目开发过程中是如何高效的应用。温湿度检测装置系统主要包括DHT11数字式温湿度采集模块、STC单片机、LCD1602液晶显示模块三大部分组成[1]。AD2硬件电路模块和PC机终端显示通过USB线将下位机和上位机进行连接，实现在线检测与分析。
2 温湿度检测装置硬件电路
项目的开发选用了89C52单片机，该单片机要求电源电压为+5V，所以40号引脚接+5V电源，20号脚接地。因为89C52单片机的片内ROM为4KB，128位RAM，根据初步分析，本项目程序应该小于4KB，故无须外扩的ROM，所以单片机应直接访问片内程序存储器，即单片机的31号脚接高电平。89C52单片机是一种时序逻辑电路，必须有脉冲信号才能正常工作，而时钟脉冲是由振荡电路提供的，时钟可以由内部方式或外部方式产生，内部振荡方式，只要接上两个微调电容和一个晶振即可，其中微调电容选用20pF其作用是稳定振荡频率，快速起振。
传感器方面采用了DHT11数字温湿度传感器，主要是它的数据输入输出用的是SPI单总线接口模式，适合与一款高性能8位单片机进行连接[2]。由于它超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点与单片机的项目开发适用于工业上很多场合，例如暖通空调、测试及检测设备、数据记录器、气象站、除湿器等方面。
3 数据检测与分析
温温湿度检测装置中的DHT11数字式温湿度传感器，主要是采集自然界的温湿度，并对采集到的数据通过单总线的通信方式传送到89C52单片机的P2_0引脚，为了保证DHT11能检测到起始信号，主机总线必须大于18ms，故在此处引入 Analog Discovery 2硬件平台+WaveForms 2015软件，通过软件自带的示波器检测波形，检测出总线上的时间为22.2ms>18ms，完全符合DHT11传值的要求[3]。在一般的实验室进行项目开发过程中，由于仪器仪表的精度问题，很难检测到如此精确的数值。
89C52单片机获取到DHT11温湿度传感器采集的数值后进行相应的数据处理，最终通过P1口将处理后的数据在LCD1602液晶屏上显示，P1口输出的信号可以由Analog Discovery 2硬件+WaveForms 2015软件平台中的逻辑仪检测出具体的时序图。
同时，BUS总线上的数值直接对应字符的相应ASCII码非常直观，在总线上的最高位，有两处高电平即BUS上，第一处的数值为128为LCD1602第一行显示开始标志，第二处的数值为192为LCD1602第二行显示开始标志，与硬件实物图中LCD1602液晶屏上显示的数据完全吻合，硬件实物图如图1所示。
通过数值分析可以看出LCD1602液晶屏上显示的数值与WaveForms软件获取P1口输出的时序图显示的ASCII码对应的字符一致。
4 结语
在以往的实验项目开发、教学过程中，几乎很少有人去检测和分析数据的传输过程，而只是一味地追求实验的最终结果。往往就是因为缺少数据的检测与分析，导致最终的结果不正确，难以区分到底是软件问题还是硬件问题。因此，实验室引入系统WaveForms软件和AD2硬件平台对实验项目开发、教学有很大的促进作用。
参考文献
[1]孟泽健.基于AT89S52单片机的无线环境检测系统的设计[J].数字技术与应用，2015，（06）：85-86.
[2]王青.单片机与PC机通信的设计与仿真[J].实验室研究与探索，2016，35（12）：100-103.
[3]赵建华，曹超.一种远程的无线环境温湿度检测系统[J].西安工业大学学报，2012，（04）：340-344.