1、XXXXXXXXXXXXXX 毕业论文 基于 Protues 的多道 原理研究 作者姓名： X X X 专业名称： 核工程与核技术 指导教师： X X X 基于 Protues 的多道 原理 研究 I 摘要 多道脉冲幅度分析 器 是核探测仪器 系统 的重要组成部分，本文主要介绍 利用 Protues 软件对 基于 51单片机的 多道系统进行电路设计及仿真的探究过程。 设计方案主要包括峰值保持电路和基于 51 单片机的 12位模数转换 及 数据存储 电路 两部分组成 。本文根据已完成设计方案分别对 两部分电路的设计思想、 电子元件选取、 电路连接 等内容 分别进行了阐述 ， 并 介绍了 运用 K
2、eil软件 对单片机进行 了 汇编程序编写 和编译 过程 。 在 电路部分 连接 完成后 ， 用不同的模拟信号对 此方案 的系统 进行单独及联合的调试，并根据调试结果分析了此类多道系统的工作过程，使我们更深入全面的了解多道系统的原理及工作过程。 文章最后 基于对多道系统的研究总结了基于 51单片机的多道系统的特点，并 根据自己的理解 分析了多道脉冲幅度分析系统的发展方向及应用方向。 关键词 ： Protues； 多道系统 ； 51单片机 ； 模数 转换 ； 数据存取 基于 Protues 的多道 原理 研究 II Abstract The multi-channel pulse height
3、analysis system is an important part of the nuclear detection instruments. This paper mainly describes the inquiry process that use Protues software for circuit design and simulation based on 51 single-chip multi-channel system. The design mainly includes a peak hold circuit, 12-bit analog to digita
4、l conversion based on the 51 single-chip and data storage circuit, respectively, described the contents of the design ideas of the two parts of the circuit, electronic component selection, circuit connections. Use Keil software to write program to SCM and debug. when the circuit s connection is comp
5、leted, use different analog signals , separately and jointly , debug the system of this program , according to the debugging result , analysis the process of work of such multi-channel system, so that make more in-depth comprehensive comprehension for the principle of multi-channel system and work p
6、rocess. In conclusion, the article summarizes the multi-channel systems characteristics based on the 51 single-chip , and analyze multi-channel pulse height analysis system direction of development and application in the future. Key words: Protues； Multi-channel system； 51 SCM； Modulus conversion； D
7、ata access 基于 Protues 的多道 原理 研究 III 目录 摘要 . I Abstract. II 前言 . 1 1.基于 Protues 的多道原理主要研究方法 . 2 1.1 多道脉冲幅度分析系统 . 2 1.2 主要研究方法与步骤 . 2 1.3 Protues 与 Keil 软件简介 . 3 2 基于 Protues 多道脉冲幅度分析器的设计原理 . 5 2.1 峰值保持电路设计 . 5 2.2 基于 51 单片机的模数转换和数据存储 . 8 3 峰值保持电路部分设计方案 . 10 3.1 峰值跟随电路元件选取与电路连接 . 10 3.2 单稳电路元件选取与线路连接
8、. 10 3.3 峰值保持电路的联合调试 . 12 4 多道信息采集与处理部分设计方案 . 15 4.1.多道数据采集电路设计 . 15 4.2 多道数据存储电路设计 . 18 4.3 多道系统控制电路设计 . 20 4.3.1 AT89C51 单片机与接口 . 20 4.3.2 外围设备控制与操作 . 23 4.3.3 计数系统的方案设计 . 24 4.4 单片机程序设计 . 27 4.4.1 汇编程序设计结构 . 27 4.4.2 关键程序算法 . 29 5.方案仿真结果与分析 . 31 5.1 汇编程序的 解析与编译 . 31 5.2 Protues 仿真结果与分析 . 34 总结 .
9、38 方案设计结论与总结 . 38 基于 Protues 的多道 原理 研究 IV 多道系统的认识与总结 . 38 致谢 . 40 参考资料 . 41 基于 Protues 的多道 原理 研究 1 前言 多道脉冲幅度分析系统是核探 测系统 的重要组成部分，它把探测器输出的模拟信号 峰值 转换为与峰值成比例的数字信号。而基于 51 单片机的多道系统是 多道系统中最基本也是最经典的系统，通过对它的深入研究能使我们对多道原理有更加深刻的 理解 。 多道电路是核仪器智能化的重要体现， 而未来智能核仪器将在更多领域里都将发挥更大的作用，所以作为核工程与核技术专业的毕业生更需要掌握理解乃至熟练运用多道系统
10、原理，才能在未来的工作中不至于被专业抛弃。 本文从原理入手，先介绍了多道系统和基于 Protues 的多道系统原理及研究方法，然后介绍了多道系统脉冲幅度分析器的设计思 路；中间分成峰值保持电路部分和多道数据采集于处理两部分，详细介绍了电路的设计的内容 与过程。完成设计后对电路的功能进行了实验 与 总结；文章的最后，根据此次毕业设计对多道系统的理解和在核电站实习过程中对核仪器实际应用情况的观察进行了拓展 思考， 并 对基于多道系统的智能核仪器的未来发展与应用提出了自己的看法。 基于 Protues 的多道 原理 研究 2 1.基于 Protues 的多道原理主要研究方法 1.1多道脉冲幅度分析系
11、统 多道脉冲幅度分析系统是核探测仪器的重要组 成部分，它把探测器输出的模拟信号 峰值成数字信号 以便后期进行各种方式处理 。 多道系统 主 由 峰值保持电路和基于 51单片机的 12 位模数转换 及 数据存储两部分组成 。如图 1.1。 1.2主要研究方法 与步骤 我们 通过对整个系统的设计与实现从而更深刻 了解多道系统的工作原理与工作过程。 作为电路设计类题目， 首先对电路的各部分功能 进行分析；对所需的 电子元件 进行 分类 和 总结 ，根据电路的逻辑关系画出电路逻辑图 ； 然后根据得出的结论选取适当的元件 并根据元件的功能特点进行论证 ，确定元件 ， 画出电路图 ；接下来 ，连接电路，并
12、 分模块对各部分电路进行调试达到相应效果 ；最 后在进 行联合调试 完成 后对各部分线路连接进行优化，在峰值保持电路 A/D转换器 51单片机 数据存储器 数据传输接口 PC/移动终端 核数据处理软件 核信号 图 1.1 多道系统运行框图 基于 Protues 的多道 原理 研究 3 线路和各部分模块清晰明确的前提下 ，合理对元件布局并 尽量减小电路所占用的有效面积。 单片机系统 设计 涉及 硬件与软件问题。对于单片机系统设计时，首先要根据需求确定系统的功能与性能；然后根据系统的功能确定系统的基本结构，包括芯片选取，接口及存储空间分配，软硬件功能划分等问题 ；最后连接电路，完成单片机硬件系统设
13、计并对线路进行评估与检验。 对于 单片机的 软件设计，我们用汇编语言进行程序的设计 。由于汇编语言属于面向结构化程序设 计，所以，首先对单片机所需要的功能进行分析 ， 画出程序执 行流程框图； 然后 确定程序 结构如 循环中断等结构信息；接下来对各模块的子程序进行功能分配与布置；然后通过跳转与调用 等命令 梳理 好子程序与主程序 间关系； 最后就是系统调试的问题。 运用 Keil 软件进行程序的编写与编译，分部 执行程序，观察程序执行过程，看是程序是否 按照所设计的程序严格执行；最后就是 Keil 与 Protues 的联合调试 ，观察程序功能是否完整，对信息的处理是否达到标准。 另外值得注意
14、的是在单片机系统设计时要注意以下几点：一、 按照系统功能要求 配置合适外设设备 的接口电路；二、尽量选择通用标准的电路； 三、硬件结构方案 要与软件结构方案一并考虑 ， 避免相互影响； 四、程序 要模块化系统化 ， 以便于程序的调试，修改等。 完成 以上步骤 后 ，我们最后要做的是 对整个电路线路进行最后优化，用模拟核信号进行最后的试验与调试，记录试验结果，直至最后得出结论。 1.3 Protues 与 Keil软件简介 本次课题所用的软件为 Protues 7.5 Professional sp3 版和 Keil uVision2 V2.38a 版 Protues 软件是英国 Labcent
15、er electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及基于 Protues 的多道 原理 研究 4 外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus 是世界上著名的 EDA 工具 (仿真软件 )，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设 计 ， 是目前世界上唯一将电路仿真软件、 PCB 设计 软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理
16、器模型支持8051、 HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、 AVR、 ARM、8086 和 MSP430 等， 2010 年即将增加 Cortex 和 DSP 系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 IAR、 Keil 和 MPLAB 等多种编译 。 Keil uVision2 是 德国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容 单片机 C 语言软件开发系统，使用接近于传统 c 语言的语法来开发 ,而且 他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。 KellC51 标准 C 编译器为 8051
17、微控制器的软件开发提供了 C 语言环境 ,同时保留了汇编代码高效 ,快速的特点。 C51 编译器的功能不断增强， 使你可以更加贴近 CPU 本身，及其它的衍生产品。 C51 已被完全集成到 uVision2 的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。 uVision2 IDE 可为它们提供 单一而灵活的开发环境。 Keil同样兼容汇编语言 。 基于 Protues 的多道 原理 研究 5 2基于 Protues多道脉冲幅度分析器的设计原理 2.1峰值保持电路设计 为满足 A/D 转换的时间要求，必须用峰值保持电路对脉冲进行展宽和保持，使峰值保持足
18、够的时间 ，以保证 A/D转换过程中峰值稳定。峰值保持电路示意原理图如图 2.1： 图 2.1 峰值保持电路原理图 （资料图片） 上图中 C25 为存贮电容。 D5 为开关二极管、 A3 和 F1 为时间控制器。 T1 为 P 沟道场效应管模拟开关。时间控制器中的 A3 为电压比较器， F1 为单稳态电路，输入正脉冲时，比较器 A3 输出一个负脉冲触发单稳态电路 F1 , F1 输出一个宽度为 3 s 的负脉冲。 F1 输出负脉冲期间，场效应管栅极电位 U1G ，由初始状态的-5V变为 0V, T1 管截止，漏极 D到地的直流电阻由导通的数十欧跃变为截止时的数十兆欧。 图中 A5 组成电压跟随器， A4 组成差动放大器。初始状态时，
