基于单片机的激电仪驱动程序设计与实现

摘  要
论文是在对以往激电仪器认真研究和仔细论证的基础上独立的设计出一款符合基本功能的激电仪模型。它可以精确的测量M，N电极之间的电位差。由于在实际测量中信号十分微弱，因此数据的计算保留到0.1mV。整个功能的实现主要由四块电路板完成实现：电压数据采集模板、单片机主控制板、电源、键盘和液晶的外设接口、AB极电流测量模板。数据的采集采用了MAXIM公司的12位A/D转换芯片MAX191，速度可达100kHz。D/A芯片作为电路的补偿电位输出，减弱数据采集通道的内部噪声。为了达到更好的效果，采用了一款输出噪声小的12位军品DAC1230LCJ芯片。显示部分采用了以T6963C为内核的160×128点阵超大屏幕液晶显示器。4×6矩阵式键盘控制以AT89S52单片机为核心的数据采集系统。
论文主要包括四章内容，首先介绍激电仪的发展应用和基本原理，然后初步了解了硬件电路的设计，重点是软件程序的设计，最后对采集到的数据进行总结和分析，并把数据与数字万用表测得的数据进行比较。
研究表明，虽然本次论文是在初步设计与实现的基础上，但是该仪器基本上实现了所需要的功能，无论从A，B电极电压的发送，时间的设定，还是从数据的采集，精度的提高和数据的显示都达到了预期的效果。为下一步的继续改进和发展奠定了基础，为激电仪的彻底实现提供了保障。
关键词：激电仪； 数据采集； 单片机； 驱动程序

ABSTRACT

This paper depends on the carefulness research and demonstration designed independently a kind of machine mode of induced polarization instrument according for some basic functions. The machine can accurately measure the voltage of electrode of MN. In the factual measure, the signal is very weak, so the least data is 0.1mV precisely. There are four circuit boards to carry out the whole functions： the voltage data collecting board， the control board of using single chip microcomputer, current collecting board and the finally power supply, keyboard and LCD to outside establish interface board.The data collecting took use of the 12bit analog to digital (A/D) COM chip MAX191 produced by the company of MAXIM, the speed of translation could be up to 100kHz. The digital to analog (D/A) COM chip was used to compensate the voltage out in the circuit, which weaken the noise in the data collecting path. For the sake of best effect, I introduced a kind of 12bit digital to analog (D/A) COM chip, which the type is DAC1230LCJ and the noise of output is weak. The part of display took the T6963C COM chip as the core and the screen is 160×128 lattice. The 4×6 matrix keyboard control the system of data collecting which took the single chip microcomputer of 89S52 as the core.
The paper includes mainly four chapters, first introduce the developing, applying and the basic principle of the polarization instrument. Then analysis emphatically the hardware board designing and the software programming. At last, summarize and analysis the data of collecting, meanwhile, in the paper compared the data with the other data measured by Digital Multimeter.
Despite this paper basic on the primary realization, but it can carry out the needed function basically. From the sending out voltage of AB electrode, the time setting to data collecting, precision improving and data display, all that were on the expectation. So what I did this time for the next improving supplying basic, and for the achieving wholly supplying assurance.
Key words: induced polarization instrument; data collecting; single chip microcomputer; driving program

电法勘探是综合地球物理勘探方法中的基本方法之一。电法勘探是以地下岩(矿)石之间的电性差异为基础，在地面测定和研究人工(或天然)电(磁)场的分布特点和变化规律来推断地下电阻率分布，从而推断地质构造和矿产资源的分布状况，电法勘探的这一过程称为电法勘探中的反问题。己知地电性质和地质体的分布，求解电场的空间分布则属于正演问题。通过正演问题的研究，可以建立一些典型状态下场的分布概念，有助于设计野外的工作方法，使得在推断解释中减少多解性，提高方法的地质效果。
激发极化法(简称激电法)是根据岩、矿石之间激发效应的差异，在人工电场的作用下，观测和研究极化电场以达到找矿或解决其他地质问题的一种电法勘探。激发极化法的激励场源可以是直流，也可以是交流。
   近年来随着电子技术的不断进步，针对激发极化法功能的仪器研究也随着不断发展和进步。目前国内研制、生产的激电仪，大部分都具有较好的功能价格比，故获得了基层较广泛的应用。
它主要包括数据采集模板，单片机控制模板，电极电压发送模板，电流转换模板，以及电源板。一般采用液晶显示。可以和微机进行通讯，用于数据传输。
这次论文的硬件主要包括数据采集模板，主控制模板，键盘控制，以及液晶显示四部分。数据采集模板主要包括数据采集通道，A/D转换，D/A转换。通过数据采集通道的逐层滤波将信号传至A/D转换芯片，然后发送给单片机。D/A转换芯片用来标定A/D转换的电压，补偿电路中的电位。
单片机主控板核心采用内部具有8KB寄存器flash的AT89S52单片机，来控制模拟采集板，液晶显示，键盘操作，以及AB电极的电压发送。
显示部分采用以T6963C为内核的TG160128液晶显示，宽大屏幕，含有二极管背光灯，可以在夜间操作。控制部分采用4×6矩阵式键盘。
软件的设计主要是针对MN电极的电压测量，通过单片机对A/D，D/A的控制，将测得的数据显示到液晶显示器上。
本次研究的主要目的是：通过对以往激电仪器测量系统的了解，改进它的落后和不方便使用的部分，设计与实现一种新型仪器。这次设计主要是为今后设计更为先进，方便，实用灵活的仪器做进一步的准备，因此只是处在最初的开发与试验阶段。由于时间的紧促和个人能力的限制，很多地方没有达到预期的效果。这需要在以后的工作中进一步完善。

研究成果和结论:
   （1）以单片机为控制核心，外围电路带有LCD显示以及键盘响应电路，使得整个系统
        就独立构成一个单片微机系统，无需要其他计算机，用户就可以与之进行交互工作，完成电极数据的采集显示等过程。
   （2）基于单片机设计的多道脉冲幅度分析器选用高速低功耗A/D芯片MAX191，系统
进行单道测量，具有线性好，精确度高，功耗低等优点。
   （3）系统采用了当前的主流显示器件LCD。根据设计需要， LCD分辨率为160x128，各点受光均匀，显示美观，同时视角宽大。由于是图形点阵LCD，系统可以显示任何单色图象，界面美观。
     （4）系统用单片机AT89S52来扩展24键盘，仅利用主控单片机的P0口低6位复用来
传送键值，这不但大大缓解了主控单片I/O资源紧张的压力，同时如需要的话该方
案易于扩展更多的键盘。
   （5）软件系统采用keil C语言编程。这相对于汇编简单，直观，易于修改。在数据采
集的同时也容易数据处理。
   （7）系统可以通过USB接口U盘存储器等进行通信，充分利用它们存储容量大，计算能力强，传输数据快等特点完成数据的备份、存储等工作。

目    录

绪  论 1
1  激电仪的基本简介 2
1.1  激电法仪器的现状及进展 2
1.2  激发极化法 2
1.3  直流激发极化法基本工作原理 3
2  硬件电路的介绍 4
2.1 电压采集模板 4
2.1.1  数据采集通道 5
2.1.2  A/D转换电路 6
2.1.3  D/A转换电路 9
2.2单片机主控板 10
2.2.1  单片机系统 11
2.2.2  USB接口电路 12
2.3  液晶显示设计 13
2.3.1  概述 13
2.3.2  应用 14
2.4  键盘扫描电路 15
3   软件程序设计 17
3.1  A/D转换程序设计 17
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3.2  D/A转换程序设计 19
3.3  液晶显示程序的设计 20
3.3.1  指令说明 20
3.3.2  程序编写 20
3.4  键盘扫描程序 26
3.5  AB电极发送电压程序 28
3.6  测量数据程序的编写 30
3.6.1  电池电压的测量 30
3.6.2  MN电极电压的测量 31
4.实验结果及数据分析 33
结束语 35
致  谢 36
参考文献 37