电信专业综合实践
设计题目：在LPC2210 开发板的基础上
----------简易数字示波器设计
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2011．1．1
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第1章设计内容与要求 ..................................... 错误！未定义书签。
1.1 设计内容........................................... 错误！未定义书签。
1.2 设计要求........................................... 错误！未定义书签。
1.3 系统功能........................................... 错误！未定义书签。
1.4 应用分析........................................... 错误！未定义书签。第2章系统总体设计 ....................................... 错误！未定义书签。
2.1 总体框图........................................... 错误！未定义书签。
2.2 总体设计分析....................................... 错误！未定义书签。第3章硬件结构........................................... 错误！未定义书签。
3.1 5V电源电路......................................... 错误！未定义书签。
3.2 系统电源电路....................................... 错误！未定义书签。
3.3 复位电路........................................... 错误！未定义书签。
3.4 JTAG接口电路....................................... 错误！未定义书签。
3.5 系统存储器电路..................................... 错误！未定义书签。
3.6 TFT液晶接口电路 (12)
3.7 串口接口电路 (13)
3.8 ADC电路 (14)
3.9 按键控制电路....................................... 错误！未定义书签。
3.10 主芯片电路 (14)
第4章软件分析 (14)
4.1 软件框图分析 (14)
4.2 任务的划分 (15)
4.3 任务的优先级设计 (15)
4.4 液晶初始化设计 (16)
4.5 定时器设计 (16)
4.6 AD转换设计 (16)
4.7 数据处理 (17)
4.8 触发设计 (17)
4.9 周期设计 (17)
4.10 求最值设计 (18)
4.11 主函数与调用的TASK设计 (18)
拓展部分 (19)
参考文献.................................................. 错误！未定义书签。
第一章设计内容与要求
1. 1 设计内容：
在LPC2210 开发板的基础上设计一简易数字示波器。
1. 2 设计要求：
数字示波器的硬件系统的电路原理图设计
数字示波器的图形界面设计
数字示波器的信号触发、矢量显示、轨迹消隐实现
被测信号的周期、最大/最小值实现
1. 3 系统功能：
以LPC2210开发板的液晶屏模拟数字示波器的显示屏，实现被测波形的显示。
1. 4 应用分析：
本设计对基于ARM（Advanced RISC Machine）的简易示波器的设计过程进行了介绍。主要对系统的硬件设计部分和软件设计部分进行了分析。硬件设计部分首先给出了系统框图，然后对各个组成模块进行了介绍。并给出了各模块所使用的主要元器件。包括电源部分、放大部分、控制部分、键盘功能及芯片的采集和显示部分。软件设计部分编写了使能部分、AD转换、显示部分、数值计算部分。
。
第二章 系统的总体设计
2. 1 总体框图
2-1 系统框图
2. 2 总体设计分析
本设计如果选择的是DSP ，设计中用到芯片就会增多，而且因为DSP 造价高于ARM 并且小信号的采集如果应用DSP 放大芯片有很多限制，不易选取。而应用ARM 则减少了这方面的问题。在嵌入式处理器设计领域，RISC [1]
已经成为处理器结构设计的必然选择。嵌入式微处理器嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。并且该系统是以提高对象体系智能性、控制力和人机交互能力为目的，通过相互作用和内在指标评定的，嵌入到对象体系中的专用计算机系统。而嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心部件，是决定嵌入式系统功能强弱的主要因素，也决定了嵌入式系统的应用范围和开发复杂度。
本设计需要解决的问题包括硬件部分和软件部分。
硬件部分的设计主要是芯片选择，控件的选择，放大倍数的控制，衰减倍数 的选择。 软件部分的设计主要是驱动程序的编译，主函数主要功能的实现，按键控制的选择。
输入信号
放大电路（模拟通道）
采样和量化
ADC
LCD ARM
KEY1
第三章硬件结构
3. 1 5V电源电路
LPC2200系列ARM7微控制器均要使用两组电（LPC213x,LPC214x除外），I/O口供电电源为3.3V，内核及芯片外设供电电源为1.8V，所以系统设计为3.3V应用系统。首先有CZ1电源接口输入9V直流电源，二极管D1防止电源反接，经过C42,C44滤波，然后通过LM2575将电源稳压の5V，再使用LDO芯片（低压差芯片）稳压输出3.3V及1.8V电压。如图所示（1-1），所设计的5V电源电路的稳压芯片使用的是LM2575开关电源芯片。
图3-1 （5V电源电路）
3. 2 系统电源电路
系统电源电路如图1-2所示，LDO芯片分别采用SPX1117M3-1.8和SPX1117M3-3.3，其特点为输出电流大，输出电压精度高，稳定性好。犹豫LPC2200系列ARM7微控制器具有独立的模拟电源和模拟地引脚，为了降低噪声和出错几率，模拟电源与数字电源应该隔离。这里使用10uH的电感L2~L4实现电源隔离（将高频噪声隔离），并且在设计PCB板时采用大面积敷地，以降低噪声。
图3-2（系统电路）
3. 3 复位电路
由于ARM芯片的告诉、低功耗和的工作电压导致其噪声容限低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。如图1-3所示。
图3-3（系统复位电路）
3. 4 JTAG接口电路
采用RAM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口，JTAG信号的定义以及与LPC2210的连接如图1-4所示。图中，JTAG接口上的信号nTRST连接到LPC2210芯片的T\R\S\T\引脚，以达到控制LPC2210内部JTAG接口电路复位的目的（但不控制CPU复位）。
图3-4（JTAG接口电路）
3. 5 系统存储器电路
SartARM2200j教学实验开发平台上扩展了2MB NOR FLASH（型号为SST39VF160）和8MB PSRAM（芯片型号为MT45W4MW16），电路如图1-5。为了方便程序调试及最终代码的固化应用，使用LPC2210外部存储接口的BANK0和BANK1地址空间，并且可以通过JP10跳线将片选信号CS0和CS1分别分配给SRAM或FLASH。在使用JTAG调试程序时，分配SPRAM为BANK0地址，因为BANK0可以进行异常向量表的重新映射操作。当最终代码固化到FLASH
时，分配FLASH为BANK0地址，SRAM为BANK1地址。这是因为BANK0可以用来引导程序运行。若使用BANK0引导程序运行，将JP9短接到OUTSIDE端，使系统复位时BOOT1和BOOT0引脚的电平为0b01（即二进制值01）.
图3-5（系统存储器电路）
3 . 6 TFT液晶接口电路
SmartARM2200教学实验开发平台标配有2.2英寸液晶屏-TF6758液晶模块，其电路原理如图1-6所示。TFT6758液晶模块的工作电压为3.3V，内带白光LED背光灯，可以直接使用8位、16位或18位总线方式与控制器连接（因为液晶模块内部包含了HD66781和HD66783液晶控制驱动器）。为了得到更搞的数据传输速率，设计电路时采用16位总线接口，按照HD66781芯片说明，需要IM3和IM0引脚0电平，16位数据分别为DB17~DB10和DB8~DB1引脚，为使用的DB0和DB9引脚应接地，电路连接如图1-6所示。因为不使用DMA传输功能，所以将DACK引脚接为高电平。
图3-6 （TFT6758液晶模块应用电路）
3. 7 串口接口电路
由于系统电源是3.3V，所以应使用SP3232E进行RS232电平转换，SP3232E是3V工作电源的RS232转换芯片。如图1-7所示
图3-7 （串口接口电路）
3. 8 ADC电路
PC2114/2124/2119/2129/2194具有4路10位ADC转换器，
LPC2210/2212/2214/2290/2292/2294具有8路10位ADC转换器，其参考电压为3.3V（由V3a 引脚提供），参考电压的精度会影响ADC的转换结果。SmartARM2200教学实验开发平台提供了两路滞留电压测量电路如图1-8所示，可调电阻W1和W2用于调整ADC的输出电压，可以在VINI和VIN2测试点上用万用表检查当前电压值。R36和R37为I/O口保护电阻，当ADC输入电压调整到3.3V或0V时，而P0.27或P0.28作为GPIO输出0或1，此刻，这两个电阻保证电路不产生短路故障。
图3-8 （ADC电路）
3. 9 按键控制电路
按键：在SmartARM2200教学实验平台上使用P0.20扩展一个独立按键KEY1，当需要使用此按键时，应将JP2跳线短接。当断开JP2跳线时，P0.20可以通过J5连接器（GPIO输出
接口）与用户板连接使用。
图3-9 （按键控制电路）
3. 10 主芯片电路
LPC2210是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器，并带有0/128/256KB嵌入的高速片内Flash存储器，片内128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。由于LPC2210具有较小的64个144脚封装，极低的功耗，多个32位定时器，4路10位ADC或8路10位ADC（64脚和144脚封装）以及多达9个外部中断。
图3-10 （主芯片电路）
第四章 软件分析
4. 1 软件框图分析
4. 2 任务的划分
对一个嵌入式应用系统进行“任务划分”，是实时操作系统应用软件设计的关键，任务划分是否合理将直接影响软件设计的质量。任务划分原则如下:
以CPU 为中心，将与各种输入/输出设备（或端口）相关的功能分别划分为独立的
任务。
发现“关键”功能，将其最“关键”部分“剥离”出来，用一个独立任务（或ISR ）
完成，剩余部分用另一个任务实现，两者之间通过通信机制沟通。
发现“紧迫”功能，将其最“紧迫”部分“剥离”出来，用一个独立的高优先级任
务（或ISR ）完成，剩余部分用另一个任务实现，两者之间通过通信机制沟通。 对于既“关键”又“紧迫”的功能，按“紧迫”功能处理。 将消耗机时较多的数据处理功能划分出来，封装为低优先级任务。 将关系密切的若干功能组合成为一个任务，达到功能聚合的效果。
将由相同事件触发的若干功能组合成为一个任务，从而免除事件分发机制。 将运行周期相同的功能组合成为一个任务，从而免除时间事件分发机制。
将若干按固定顺序执行的功能组合成为一个任务，从而免除同步接力通信的麻烦。
4. 3 任务的优先级设计
初始化
数据采集
数据处理
波形显示
求最大 最小值
脉宽信号 发射
底层驱动
为不同任务安排不同的优先级，其最终目标是使系统的实时性指标能够得到满足。在实际的产品开发中，应该在项目开始时，仔细思考和推敲。如果任务优先级的设定有误，对以后的开发和调试会带来极大的困扰，会让工程师花很长时间来查错误，而且出现的错误不好排除。所以设计任务的优先级是很重要的。
本次实验一共建立了五个任务，其优先级如下：
OSTaskCreate (Task0,(void *)0, &Task0Stk[128 - 1], 2); //创建Task0任务，优先级为2
OSTaskCreate (Task1,(void *)0, &Task1Stk[128 - 1], 3); //创建Task1任务，优先级为3
OSTaskCreate (Task2,(void *)0, &Task2Stk[128 - 1], 4); //创建Task2任务，优先级为4
OSTaskCreate (Task3,(void *)0, &Task3Stk[128 - 1], 5); //创建Task3任务，优先级为5
OSTaskCreate (Task4,(void *)0, &Task4Stk[128 - 1], 6); //创建Task4任务，优先级为6
4. 4 液晶显示初始化设计
GUI_PrtPic(0, 0, 239, 319, gImage_root01);// 示波器面板（背景）图显示
GUI_Line(224, 268, 224, 315, 0xffff); //Running至Off间6根短白线
GUI_Line(184, 268, 184, 315, 0xffff);
GUI_Line(144, 268, 144, 315, 0xffff);
GUI_Line(104, 268, 104, 315, 0xffff);
GUI_Line( 64, 268, 64, 315, 0xffff);
GUI_Line( 24, 268, 24, 315, 0xffff);
WaveTrackCnt = 0;
GUI_PrtStr(208, 270, "Coupling", 0xfee4, 0x0274); // "Coupling"和" DC "显示
GUI_PrtStr(188, 280, " DC ", 0x0000, 0xffff);
GUI_PrtStr(168, 273, "Volt/Div", 0xfee4, 0x0274); // "Volt/Div"和" 0.42V "显示
GUI_PrtStr(148, 275, " 0.42V ", 0x0000, 0xffff);
GUI_PrtStr(128, 270, "Time/Div", 0xfee4, 0x0274); // "Time/Div"和" 60uS "显示
GUI_PrtStr(108, 275, " 60uS ", 0x0000, 0xffff);
GUI_PrtStr( 88, 274, "TrigVolt", 0xfee4, 0x0274); // TrigVolt显示
sprintf(UART0_StrBuff, " %1.2fV ", CH1TptVal*3.3/255);
GUI_PrtStr( 68, 276, UART0_StrBuff, 0x0000, 0xffff);
GUI_PrtStr( 48, 280, "Invert", 0xfee4, 0x0274); // "Invert"和" Off "显示
GUI_PrtStr( 28, 283, " Off ", 0x0000, 0xffff);
4. 5 定时器设计
PWMPR = 0x00; // 不分频，计数频率为Fpclk
PWMMCR = 0x02; // 设置PWMMR0匹配时复位PWMTC PWMMR0 = CYCLE_DATA; // 设置PWM周期
PWMMR6 = DUTY_CYCLE_DATA; // 设置PWM占空比
PWMLER = 0x41; // PWMMR0、PWMMR6锁存
PWMPCR = 0x4000; // 允许PWM6输出，单边PWM PWMTCR = 0x09; // 启动定时器，PWM使能
4. 6 AD转换设计
ADCR = (1 << 7) | // SEL = 0x80 ，选择通道7
((Fpclk / 4500000 - 1) << 8) | // CLKDIV = Fpclk / 4500000 - 1 ，即转换时钟为4.5MHz
(1 << 16) | // BURST = 1 ，软件控制转换操作
(2 << 17) | // CLKS = 2 ，使用9clock转换, 8位精度
(1 << 21) | // PDN = 1 ，正常工作模式(非掉电转换模式)
(0 << 22) | // TEST1:0 = 00 ，正常工作模式(非测试模式)
(1 << 24) | // START = 1 ，直接启动ADC 转换
(1 << 27); // EDGE = 0 (CAP/MAT引脚下降沿触发ADC转换)
dat = ADDR; // 读取ADC结果，并清除DONE标志位
4. 7 数据处理
void OSC_PCM(void) // 2048个数据采集，每个数据为8位
{
uint32 i, dat;
for(i=0; i<1024*2; i++)
{
while( (ADDR&0x80000000)==0 ); // 等待转换结束
dat = ADDR; // 读取ADC结果
CH1[i] = (dat>>8) & 0xFF; // 提取AD转换值
}
4. 8 触发设计
uint8 OSC_LockTrigerPoint(void) // 触发点锁定
{
uint32 i;
uint32 Avg0, Avg1;
CH1Tpt1 = 0;
for(i=250; i<1250; i++)
{
Avg0 = (CH1[i+3]+CH1[i+2]+CH1[i+1]+CH1[i+0]) >> 2; // 对采样值滤波 Avg1 = (CH1[i+7]+CH1[i+6]+CH1[i+5]+CH1[i+4]) >> 2; // 对采样值滤波 if( (Avg1 - Avg0)>0 ) // 比较2个采样点，判断是否为上升沿 {
CH1TptVal = 80; // 触发点电压为：3.3*80/255=1.04V
if((Avg1>CH1TptVal) && (Avg0 CH1Tpt1 = i; // 保存触发点对应的采样序号 i = 0xffff; // 破坏循环条件，退出for循环 } } i++; // 没有找到触发点则向上继续收缩 } if(i == 1250) // 如果搜索到1240意味无法找到触发点 { CH1Tpt1 = 250; // 给定一个初始值用于显示 return(0); } else { return(1); } } 4. 9 周期设计 uint8 OSC_FindPeriod(void) // 求（寻找）周期 { uint32 i; uint32 Avg0, Avg1; if(CH1Tpt1 > 240) // 已经锁定触发点，可以寻找周期 for(i=CH1Tpt1+8; i<1250; i++) { Avg0 = (CH1[i+3]+CH1[i+2]+CH1[i+1]+CH1[i+0]) >> 2; Avg1 = (CH1[i+7]+CH1[i+6]+CH1[i+5]+CH1[i+4]) >> 2; if( (Avg1 - Avg0)>0 ) { //CH1TptVal = 128; if((Avg1>CH1TptVal) && (Avg0 CH1Tpt2 = i; i = 0xffff; } } i++; } } if(i == 1250) { CH1Tpt2 = 250; // 给定一个初始值用于显示 return(0); } else { CH1Fre = 422880/(CH1Tpt2-CH1Tpt1); return(1); } } 4. 10 求最值设计 void OSC_CH1MaxMin(void) //求（寻找）最大值和最小值{ uint32 i; uint32 Max, Min; Max = CH1[CH1Tpt1-125]; Min = CH1[CH1Tpt1-125]; for(i=CH1Tpt1-125; i { if(CH1[i]>Max) { Max = CH1[i]; } if(CH1[i] { Min = CH1[i]; } } CH1Max = Max; CH1Min = Min; } 4. 11 主函数与调用的TASK设计 #include "config.h" #include "stdlib.h" OS_STK Task0Stk [128]; // Define the Task0 stack 定义用户任务0的堆栈OS_STK Task1Stk [128]; // Define the Task1 stack 定义用户任务1的堆栈OS_STK Task2Stk [128]; // Define the Task2 stack 定义用户任务2的堆栈OS_STK Task3Stk [128]; // Define the Task3 stack 定义用户任务3的堆栈OS_STK Task4Stk [128]; // Define the Task4 stack 定义用户任务4的堆栈void Task0(void *pdata); // Task0 任务0 void Task1(void *pdata); // Task1 任务1 void Task2(void *pdata); // Task2 任务2 void Task3(void *pdata); // Task3 任务3 void Task4(void *pdata); // Task4 任务4 int main (void) { OSInit(); //操作系统初始化 OSTaskCreate (Task0,(void *)0, &Task0Stk[128 - 1], 2); //创建Task0任务，优先级为2 OSTaskCreate (Task1,(void *)0, &Task1Stk[128 - 1], 3); //创建Task1任务，优先级为3 OSTaskCreate (Task2,(void *)0, &Task2Stk[128 - 1], 4); //创建Task2任务，优先级为4 OSTaskCreate (Task3,(void *)0, &Task3Stk[128 - 1], 5); //创建Task3任务，优先级为5 OSTaskCreate (Task4,(void *)0, &Task4Stk[128 - 1], 6); //创建Task4任务，优先级为6 OSStart(); //启动操作系统 return 0; } Task0 任务0 //采样1600个数据，锁定触发点 void Task0(void *pdata) { uint32 i; pdata = pdata; //防止编译警告，以下同 TargetInit (); //初始化目标板 while (1) { OS_ENTER_CRITICAL(); //进入临界区 for(i=0;i<1600;i++) //采样1600个数据 { while((ADDR&0x80000000)==0); //等待转换结束 CH1[i]=(ADDR>>8)&0xFF; //提取AD转换值（8位） } OS_EXIT_CRITICAL(); //退出临界区 OSC_LockTrigerPoint(); //锁定触发点 OSC_FindPeriod(); //求频率 OSC_CH1MaxMin(); //求最大、最小值 GUI_ClrTrack(); //清除旧轨迹（前一次波形） GUI_DispTrack(); //显示新轨迹（当前波形）OSTimeDly(50); //延时 } } Task1 任务1 //调用函数：sprintf，GUI_PrtStr，OSTimeDly void Task1(void *pdata) { pdata = pdata; while (1) { sprintf(UART0_StrBuff, "CH1max = %1.2fV", CH1Max*3.3/256); //显示通道1最大值（1位正数、2位小数） GUI_PrtStr(5, 10, UART0_StrBuff, 0xfee4, 0x0274); //坐标位置5、10，前景黄色，背景蓝色 sprintf(UART0_StrBuff, "CH1min = %1.2fV", CH1Min*3.3/256); //显示通道1最小值（1位正数、2位小数） GUI_PrtStr(5, 110, UART0_StrBuff, 0xfee4, 0x0274); sprintf(UART0_StrBuff, "CH1Fre = %6d Hz", CH1Fre); //显示通道1频率（6位正数） GUI_PrtStr(5, 210, UART0_StrBuff, 0xfee4, 0x0274); OSTimeDly(100); //延时} } Task2 任务2 void Task2(void *pdata) { pdata = pdata; while (1) { GUI_PrtStr(208, 270, "Coupling", 0xfee4, 0x0274); //直流耦合 GUI_PrtStr(188, 280, " DC ", 0x0000, 0xffff); //前景黑色，背景白色 GUI_PrtStr(168, 273, "Volt/Div", 0xfee4, 0x0274); //Y轴；0.42V/格 GUI_PrtStr(148, 275, " 0.42V ", 0x0000, 0xffff); GUI_PrtStr(128, 270, "Time/Div", 0xfee4, 0x0274); //X轴；60uS/格 GUI_PrtStr(108, 275, " 60uS ", 0x0000, 0xffff); GUI_PrtStr( 88, 274, "TrigVolt", 0xfee4, 0x0274); //触发电平显示 sprintf(UART0_StrBuff, " %1.2fV ", CH1TptVal*3.3/255); GUI_PrtStr( 68, 276, UART0_StrBuff, 0x0000, 0xffff); GUI_PrtStr( 48, 280, "Invert", 0xfee4, 0x0274); //反向显示关 GUI_PrtStr( 28, 283, " Off ", 0x0000, 0xffff); OSTimeDly(2000); } } Task3 任务3 //CH1Tpt1：通道1符合触发条件对应的第一个采样序号，CH1Tpt2：通道1符合触发条件对应的第二个采样序号 void Task3(void *pdata) { pdata = pdata; while (1) { sprintf(UART0_StrBuff, "CH1Tpt1 = %6d\n\r", CH1Tpt1); UART0_SendStr(UART0_StrBuff); //通过串口0，发送CH1Tpt1 sprintf(UART0_StrBuff, "CH1Tpt2 = %6d\n\r", CH1Tpt2); UART0_SendStr(UART0_StrBuff); //通过串口0，发送CH1Tpt2 GUI_PrtStr(226, 268, " Running ", 0xfee4, 0x0274); //交替显示Running OSTimeDly(200); GUI_PrtStr(226, 268, " Running ", 0xfee4, 0xa000); OSTimeDly(200); } } Task4 任务4 //按键控制 void Task4(void *pdata) { uint32 pwm; pdata = pdata; while(1) { /* 自检信号，可以调节PWM占空比*/ if((IO0PIN&KEY)==0) { OSTimeDly(20); if( (IO0PIN&KEY) == 0 ) { pwm++; while( (IO0PIN&KEY) == 0 ); if(pwm >= 5) pwm = 1; PWMMR6 = DUTY_CYCLE_DATA*pwm; // 设置PWM占空比 PWMLER = 0x41; // PWMMR0、PWMMR6锁存 PWMTCR = 0x09; // 启动定时器，PWM使能 } } } } 拓展知识 Agilent 1000 系列便携式示波器 23 种自动测量 所有型号的 1000 系列示波器都配有 23 种自动电压、时间和频率测量项 目。按下Measure键就可调出三种您最常用的测量，或在屏幕上同时显示出一 个通道的所有测量结果。 序列模式让您轻松进行调试 序列模式可记录最多 1000 次触发产生的波形，然后进行回放，轻松找出 毛刺和其他异常，以便进行进一步分析。示波器可将波形存储到内部存储器或 外部存储器 (USB 闪存) 中。 对波形进行数字滤波 选择合适的实时数字滤波器对输入信号进行滤波，屏幕上显示的信号不再 含有您不需要的频率分量。可供选择的数字滤波器包括低通滤波器、高通滤波 器、带通滤波器和带阻滤波器。可选择的频率范围为 250 Hz 至示波器的完整 带宽。 高级触发 1000 系列示波器可选择边沿、脉宽、复合视频、码型和交替通道等触发 模式。这些模式可确保您能够捕捉和查看难于发现的信号。 远程编程 为了通过内置 USB 接口来远程控制仪器，您可以根据您的实际测试需求 使用 Agilent I/O 程序库或美国 NI 公司用于 1000 系列示波器的仪器驱动程序。这些驱动程序充分利用了业内公认的标准，并可与很多应用程序开发环境兼 容，例如 Agilent VEE Pro、美国 NI 公司的 LabView 和 LabWindows/CVI。 DS1000E-EDU 数字示波器实验操作指导 一、显示和测量正弦信号 观测电路中的一个未知信号，迅速显示和测量信号的频率和峰峰值。 1、欲迅速显示该信号，请按如下步骤操作： (1) 信号发生器输出一正弦信号，将通道1连接到信号发生器。 (2) 按下 示波器将自动设置使波形显示达到最佳状态。在此基础上，您可以进一步调节垂直、水平档位，直至波形的显示符合您的要求。 2. 进行自动测量 示波器可对大多数显示信号进行自动测量。欲测量信号频率和峰峰值，请按如下步骤操作 (1) 测量峰峰值 按下 Measure 按键以显示自动测量菜单。 按下1号菜单操作键以选择信源 CH1 。 按下2号菜单操作键选择测量类型： 电压测量 。 在电压测量弹出菜单中选择测量参数： 峰峰值 。 此时，您可以在屏幕左下角发现峰峰值的显示。 (2) 测量频率 按下3号菜单操作键选择测量类型： 时间测量 。 在时间测量弹出菜单中选择测量参数： 频率 。 此时，您可以在屏幕下方发现频率的显示。 3、用Cursor 光标测量功能进行手动测量 (1) 信号发生器输出一任意频率的正弦信号，将信号发生器输出端连接示波器通道1。 (2) 按下Cursor 光标测量键，选择手动测量，测量出信号的周期、频率，电压峰峰值，画出信号波形，标出周期、频率，电压峰峰值。 二、X －Y 功能的应用，观察李沙如图形 1. 将信号A 连接通道1，将信号B 连接通道2。 2. 若通道未被显示，则按下 CH1 和 CH2 菜单按钮。 3. 按下 AUTO （自动设置）按钮。 4. 调整垂直旋钮使两路信号显示的幅值大约相等。 5. 按下水平控制区域的 MENU 菜单按钮以调出水平控制菜单。 6. 按下时基菜单框按钮以选择 X －Y 。示波器将以李沙如（Lissajous ）图形模式显示。 7. 调整垂直、垂直和水平旋钮使波形达到最佳效果。 8．调节信号发生器A 路信号频率为f X =50Hz ，根据频率比值关系和f X =50Hz ，算出相应的f Y 值。缓慢调节信号发生器B 路信号频率频率f Y ，分别调出 ==Y X X Y N N f f ::3:1；2:1；3:2；1:1的稳定李萨如图形，将所见稳定图形描绘在记录表格（参考下表）中并同时记录信号发生器相应的频率读数f Y 。并计算f Y 信和f Y 的相对偏差 计算机工程应用技术本栏目责任编辑：贾薇薇 数字示波器的设计 刘岩 （天津工业大学信息与通信工程学院，天津３００１６０） 摘要：数字示波器是现代电子测量中最常角的仪器，它是一种可以用来观察、测量、记录各种瞬时电压，并以波形方式显示其与时间关系的电子仪器。本文中详细介绍了数字存储示波器的原理及特点，给出了一种以单片机和可编程逻辑器件为控制核心的设计方案，同时给出了其硬件和软件设计的结构及思路。 关键词：数字示波器；模块化；ＦＰＧＡ 中图分类号：ＴＭ９３５文献标识码：Ａ文章编号：１００９－３０４４（２００８）２０－３０３７５－０２ ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＤｉｇｉｔａｌＯｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ ＬＩＵＹａｎ （ＴｉａｎｊｉｎＩｎｄｕｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｏｄｅｒｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎｌｙｍｅａｓｕｒｅｄａｎｇｌｅｏｆｔｈｅａｐｐａｒａｔｕｓ，ｗｈｉｃｈｉｓａｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｏｂ－ｓｅｒｖｅ，ｍｅａｓｕｒｅａｎｄｒｅｃｏｒｄａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｖｏｌｔａｇｅａｎｄｗａｖｅｔｏｓｈｏｗｔｈｅｉｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｈｅｔｉｍｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｓｔｏｒａｇｅｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｉｎｄｅｔａｉｌａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄａｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅｌｏｇｉｃｄｅｖｉｃｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｃｏｒｅｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｌａｎ，ａｎｄｇａｖｅｉｔｓｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｄｅａｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅｓ；ｍｏｄｕｌａｒ；ＦＰＧＡ １引言 数字示波器是智能化数字存储示波器的简称，是模拟示波器技术、数字化测量技术、计算机技术的综合产物。它能够长期存储波形，可进行负延时触发，便于观侧单次过程和缓变信号，具有多种显示方式和多种输出方式，同时还可以进行数学计算和数据处理，功能扩展也十分方便，比普通模拟示波器具有更强大的功能，因此在电子电信类实验室中使用越来越广泛。 ２数字示波器的工作原理 数字存储示波器不是将波形存储在示波管内的存储栅网上，而是存在存储器中，因而存储时间可以无限长。数字存储示波器主要利用Ａ／Ｄ转换技术和数字存储技术来工作，它能迅速捕捉瞬变信号并长期保存。该示波器首先对模拟信号进行高速采样以获得相应的数字数据并存储，存储器中储存的数据用来在示波器的屏幕上重建信号波形；然后利用数字信号处理技术对采样得到的数字信号进行相关处理与运算，从而获得所需要的各种信号参数；最后，该示波器根据得到的信号参数绘制信号波形，并对被测信号进行实时、瞬态分析，以方便用户了解信号质量，快速准确地进行故障诊断。数字存储示波器将输入模拟信号经过ＡＤ／转换，变成数字信号，储存在半导体存储器ＲＡＭ中，需要时将ＲＡＭ中存储的内容读出显示在ＬＣＤ，或通过ＤＡ／转换，将数字信号变换成模拟波形显示在示波管上。数字存储示波器框图如图ｌ所示。数字存储示波器可以采用实时采样，每隔一个采样周期采样一次，可以观察非周期信号川。数字示波器的采样方式包括实时采样和等效采样（非实时采样）。等效采样又可以分为随机采样和顺序采样，等效采样方式大多用于测量周期信号。数字示波器工作原理框架如图１。 图１数字存储示波器的基本原理方框图 ３数字示波器的主要特点 与传统的模拟示波器相比，数字存储示波器有其非常突出的特点，其具体表现如下：（１）信号采样速率大大提高数字存储示波器首先在采样速率上有较大地提高。可从最初采样速率等于两倍带宽提高至五倍甚至十倍。相应对正弦波取样引入的失真也从１０％降低至３％甚至１％。（２）显示更新速率更高数字存储示波器的显示更新速率最高可达每秒４０万个波形，因而在观察偶发信号和捕捉毛刺脉冲方面更加方便。（３）波形的采样、存储与显示可以分离在存储阶段，数字示波器可对快速信号采用较高的速率进行采样与存储，而对慢速信号则采用较低速率进行采样与存储；在显示阶段，不同频率的信号读出速度可以采用一个固定的速率并可以无闪烁地观测极慢信号与单次信号，这是模拟示波器所无能为力的。（４）存储时间长由于数字存储示波器是把模拟信号用数字方式存储起来，因此，其存储时间理论上可以无限长。（５）显示方式灵活多样为适应对不同波形的观测，数字存储示波器有滚动显示、刷新显示、 收稿日期：２００８－０４－２２ 长安大学电子与控制工程学院 《计算机程序设计综合实验》 综合实验指导书 数字示波器程序的设计 1. 实验目的与要求 通过该实验，使学生掌握面向对象程序设计的基本理论以及视窗程序的基本设计方法，其中包括需求分析、总体设计、详细设计、代码编写及调试等设计环节。要求学生掌握示波器的功能和操作方法，熟练应用时钟、图形绘制功能、文件的读写以及文件内容的检索方法，达到既定的设计效果。 2. 开发环境及先修课程要求 操作系统：Windows7操作系统（或更高版本） 集成开发环境：Visual Studio 2010+MSDN（或更高版本） 先修课程：C/C++程序设计、面向对象程序设计、数据结构与算法 3. Windows编程基础 用Visual C++ 编写Windows应用程序主要有两种方法：（1）使用Windows 提供的应用程序接口（Application Programming Interface，API）函数；（2）使用Microsoft提供的微软基础类（Microsoft Foundation Class，MFC）。在直接使用API函数进行Windows编程时，程序员不仅需要熟记一大堆常用的API函数，而且还要对Windows操作系统有深入的了解，需要编写大量的代码，不适合软件开发的发展潮流，而MFC类库采用面向对象的思想将Windsows应用程序中的API函数做了封装，而且灵活性高，便于程序员的使用。虽然Windows程序设计还有其他的集成开发环境可以使用，但是考虑到前期的教学内容，本实验要求学生采用基于MFC的方法来实现。 MFC大约有200多个类，可以分成两种： （1）Cobject类的派生类。它们以层次结构的形式组织起来，几乎每个子层次结构都与一个具体的Windows实体对应； （2）非Cobject派生类。这些都是独立的类，如表示点的Cpoint类，表示矩形的Crect类等。 在Visual C++中，可以创建以下3类典型的Windows应用程序，且都是通过MFC AppWizard（以下简称AppWizard）向导创建的： 摘要 本科毕业设计论文 题目简易数字示波器设计 I 西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文） 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 摘要 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 III 数字示波器及其简单原理图 数字示波器可以分为数字存储示波器（DSOs）、数字荧光示波器（DPOs）、混合信号示波器（MSOs）和采样示波器。 数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比，其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力。数字示波器的基本工作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后，到达模-数转换器（ADC）。ADC 将模拟输入信号的电平转换成数字量，并将其放到存贮器中。存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。接下来，数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理，并将处理过的信号送到数-模转换器（DAC），然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器。DAC也需要一个数字信号存储的时钟，并用此驱动水平偏转放大器。与模拟示波器类似的，在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下，完成待测波形的测量结果显示。数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形，这种示波器不能实时显示波形信息。其他几种数字示波器的特点，请参考相关书籍。 Agilent DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍 该示波器有两个输入通道CH1和CH2，可同时观测两路输入波形。选择通道1时，示波器仅显示通道1的信号。选择通道2时，示波器仅显示通道2的信号。选择双通道时，示波器同时显示通道1信号和通道2信号。 荧光屏（液晶屏幕）是显示部分。屏上水平方向和垂直方向各有多条刻度线，指示出信号波形的电压和时间之间的关系。 操作面板上的各个按钮按下后，相应参数设置会显示在荧光屏上。 开机后，荧光屏显示如下： 测试信号时，首先要将示波器的地（示波器探笔的黑夹子）与被测电路的地连接在一起。根据输入通道的选择，将示波器探头接触被测点（信号端）。按下Auto Scale，示波器会自动将扫描到的信号显示在荧光屏上。 输入耦合方式：模拟示波器输入耦合方式有三种选择：交流(AC)、地(GND)、直流(DC)；部分数字示波器则没有ＧＮＤ耦合这种方式，其通过在屏幕上直接标注零电平线的位置的方法来实现ＧＮＤ耦合（用来确定零电平线）的功能。当选择“地”时，扫描线显示出“示波器地”在荧光屏上的位置。直流耦合用于测定信号直流绝对值和观 一、绪论 1.1 虚拟示波器背景 示波器是电子测量行业最常用的测量仪器之一，主要用来测量并显示被测信号的参数和波形，在科学研究、科学实验以及现场监测等许多领域被广泛应用。随着科学研究的不断深入和各种高新技术的不断发展，传统示波器的诸如波形不稳定、测读不准确等许多缺陷逐渐显露出来，而且体积大，耗电多，越来越不能满足现代应用的需要。 “虚拟仪器”这一新概念测量仪器的诞生，使示波器突破了传统，在功能和作用等多方面发生了根本性变化。虚拟仪器将计算机和测量系统融合于一体，用计算机软件代替传统仪器的某些硬件的功能，用计算机的显示器代替传统仪器物理面板。 虚拟示波器是虚拟仪器的一种，它不仅可以实现传统示波器的功能，具有存储、再现、分析、处理波形等特点，而且体积小，耗电少。虚拟示波器使用功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不同的方式(如数据、图形、图表等)表示测量结果，完成各种规模的测量任务。鉴于虚拟示波器的种种优点及广泛用途，研究出性能优越、价格低廉的虚拟示波器是十分重要的。 1.2 性能指标 本示波器与常见的示波器比较，最大的特点是可以定量地给出信号的各种参量，比如最大、最小值和频率等，无需使用者再去数格子，然后还要计算。特别适合于学校教学实验的需求，在学校教学中可以直联投影机，使全体学生都可以远距离看到信号波形的演示。 本示波器采样USB接口，其频率比并口示波器略高，同样支持直流测量，可以定量测量信号，主要技术指标如下： 采样频率：共八挡可调：323.53kHz、100kHz、50kHz、20kHz、10kHz、5kHz、2kHz、1kHz。本机测量的信号频率应在70kHz以下。 最高输入电压：共两挡可选：±2.5V，±12.5V，如果接入10：1示波器探棒，最大输入电压可达±125V。 输入阻抗：1MΩ。 供电电压：无需外部供电，直接从PC机的USB口取电。 接口：USB接口。 二、硬件设计 具体电路原理图见附录一，从图中可以看出电路的输入信号调理部分和信号转换部分与常见的并口示波器相同，R10、R11、R12、R13、R14、C19、C20和C21构成输入交直流切换和衰减网络，提供交直流输入切换和1：1、1：5的输入信号切换功能；TL074中的一个运放U 1 A和其周边元件构成一个跟随放大器，提供了输入保护和阻抗转换功能；TL074中的另一个运放U1B STM32的数字示波器设计 示波器的设计分为硬件设计和软件设计两部分。示波器的控制核心采用ARM9，由于STM32芯片里有自带的AD，采样速率最高为500KSPS,分辨率为10位，供电电压为3.3V，基本上能满足本设计要求，显示部分用3.2寸TFTLCD（分辨率：320*240）模块。软件部分采用C语言进行设计，设计环境为Keil。 硬件总体结构 该设计采用模块化的设计方法，根据系统功能把整个系统分成不同的具有特定功能的模块，硬件整体框图如下图所示。 该示波器由4部分电路构成，分别是： (1)输入程控放大衰减电路； (2)极性转换电路； (3)AD转换电路； (4)显示控制电路； (5)按键控制电路； 整体设计思路是：信号从探头输入，进入程控放大衰减电路进行放大衰减，程控放大器对电压大的信号进行衰减，对电压小信号进行放大以符合AD的测量范围，经过处理后信号进入极性转换电路进行 电平调整成0—3.3V电压，因为被测信号可能是交流信号，而AD只能测量正极性电信号，经调整后送入AD转换电器对信号进行采样，采样所得数据送入LCD显示，这样实现了波形的显示。按键控制可以通过不同的按键来控制波形的放大和缩小，同时也可以改变采样间隔，以测量更大频率范围的信号。 STM32处理器介绍 STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品。 本设计所用的STM32F103VCT6集成的片上功能如下： (1) 1.2v内核供电，1.8V/2.5V/3.3/V存储器供电，3.3V外部I/O供电 (2)外部存储控制器 (3)(3) LCD 控制器 (4) 4通道DNA并有外部请求引脚 (5) 3通道UART (6) 2通道SPI 山东科技大学 课程设计报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业： 班级学号： 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 小组成员： 基于STM32的数字示波器设计 -----------硬件方面设计 摘要 本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以ARM9[2]为控制核心数字示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，波形处理，LCD显示灯模块。前级电路处理包括程控放大衰减器，极性转换电路，过零比较器组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。充分使用了Proteus Multisim仿真工具，大大提高了设计效率，可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ 的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V,并实现波形的放大和缩小，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的频率。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本。 关键词：AD ，ARM，实时采样，数字示波器 目录 前言---------------------------------------------------------------------------------3第一章绪论--------------------------------------------------------------------4 1.1课题背景---------------------------------------------------------------------4 1.2课题研究目的及意义----------------------------------------------------4 1.3课题主要的研究内容----------------------------------------------------5 第二章系统的整体设计方案--------------------------------------------6 2.1硬件总体结构思路--------------------------------------------------------6 第三章硬件结构设计------------------------------------------------------------7 3.1程控放大模块设计-------------------------------------------------------7 3.1.1程控放大电路的作用-------------------------------------------7 3.1.2程控放大电路所用芯片---------------------------------------7 3.1.3AD603放大电路及原理----------------------------------------8 3.2极性转换电路设计------------------------------------------------------10 3.3 AD转换电路及LED显示电路等(由组内其他同学完成) 第四章软件设计(由组内其他同学完成) 第五章性能能测试与分析--------------------------------------------------15 第六章设计结论及感悟-----------------------------------------------17参考文献----------------------------------------------------------------------18 预备实验：数字示波器使用方法（简介） 内容提示：1、数字示波器功能简介 2、示波器面板照 3、示波器各按钮操作功能 4、示波显示状态的含义 5、常用功能按钮的操作 6、垂直控制按钮的操作 7、水平控制按钮的操作显示 8、触发电平控制按钮的操作 9、操作注意事项 10、显示、测量直流信号 11、显示、测量交流信号 一、数字示波器功能简介 数字示波器是一种小巧，轻型、便携式的可用来进行以接地电平为参考点测量的数字式实时示波器。它的屏幕既能显示被测信号的波形，还能显示被测信号的电压幅度、周期、频率等有关电参数。 ADS1000CA特点： ●全新的超薄外观设计、体积小巧、携带更方便 ●彩色TFT LCD 显示，波形显示更清晰、稳定 ●双通道，带宽: 25MHZ-100MHZ ●实时采样率：1GSa/s ●存储深度：2Mpts ●丰富的触发功能：边沿、脉冲、视频、斜率、交替、延迟 ●独特的数字滤波与波形录制功能 ●Pass/Fail 功能 ●32 种自动测量功能 ●2 组参考波形、20 组普通波形、20 组设置内部存储/调出；支持波形、设置、CSV 和位图文件U 盘外部存储及调出 ●手动、追踪、自动光标测量功能 ●通道波形与FFT 波形同时分屏显示功能 ●模拟通道的波形亮度及屏幕网格亮度可调 ●弹出式菜单显示模式，用户操作更灵活、自然 ●丰富的界面显示风格：经典、现代、传统、简洁 ●多种语言界面显示，中英文在线帮助系统 ●标准配置接口：USB Host：支持U 盘存储并能通过U 盘进行系统软件升级； USB Device：支持PictBridge 直接打印及与PC 连接远程控制；RS-232 山东科技大学电子技术综合实践报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 1001050903 学生姓名： 指导教师： 设计时间：2013.6.18 摘要 本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器 前言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2课题研究的目的和意义 (2) 1.3课题的主要研究工作 (3) 第2章系统整体设计方案 (3) 2.1硬件总体结构 (3) 2.2系统实现的原理介绍 (4) 2.2.1 STM32处理器介绍 (4) 2.2.2 LCD显示介绍 (5) 2.3软件整体设计 (6) 2.4数字手持示波器技术参数 (6) 第3章软件编程与调试 (7) 3.1软件设计总体框图 (7) 3.2键盘控制程序 (7) 3.3峰峰值测量程序设计 (8) 3.4LCD显示程序设计 (9) 第四章性能测试与分析 (11) 第五章总结 (13) 第六章参考文献 (14) 基于FPGA的简易数字示波器工作原理及方框图 摘要：本文介绍了一种基于FPGA的采样速度60Mbit/s的双通道简易数字示波器设计，能够实现量程和采样频率的自动调整、数据缓存、显示以及与计算机之间的数据传输。 关键词：数据采集；数字示波器；FPGA 引言 传统的示波器虽然功能齐全，但是体积大、重量重、成本高、等一系列问题使应用受到了限制。有鉴于此，便携式数字存储采集器就应运而生，它采用了LCD显示、高速A/D采集与转换、ASIC芯片等新技术，具有很强的实用性和巨大的市场潜力，也代表了当代电子测量仪器的一种发展趋势，即向功能多、体积小、重量轻、使用方便的掌上型仪器发展。 系统组成结构及工作原理 系统的硬件部分为一块高速的数据采集电路板.html' &111nmouseover="javascript:showpos(event,this)" &111nmouseout="javascript:ClearTimer()" target="_blank" style="color:#00A2CA">电路板。它能够实现双通道数据输入，每路采样频率可达到60Mbit/s。从功能上可以将硬件系统分为：信号前端放大及调理模块、高速模数转换模块、FPGA逻辑控制模块、单片机控制模块、USB数据传输模块、液晶显示和键盘控制等几部分，其结构形式如图1所示。 图1 系统原理结构图 输入信号经前置放大及增益可调电路转换后，成为符合A/D转换器要求的输入电压，经A/D转换后的数字信号，由FPGA内的FIFO缓存，再经USB接口传输到计算机中，供后续数据处理，或直接由单片机控制将采集到的信号显示在液晶屏幕上。 高速数据采集模块 本系统可实现双通道同步数据采集，而且每通道的采集速度要达到60Mbit/s，考虑到两路数据采集应保持同步并行，因此在设计中采用每通道都有独自的采样保持器和A/D转换器。选用MAXIM公司MAX1197型A/D转换器，它是一款双通道、3.3V供电、每通道60Mbit/s采样频率的模数转换器芯片。它内部集成双路差分宽带采样保持器和A/D转换器，可以输出锁存，具有低功耗、小尺寸、高动态性能的特点。 本系统的测量电压的范围可达到±300V，采用示波器探头和电路板上分压的方法将输入信号先进行1:1或10:1或100:1衰减，然后再通过后续电路处理以满足A/D转换器的输入电压范围要求。 电信专业综合实践 设计题目：在LPC2210 开发板的基础上 ----------简易数字示波器设计 学校： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 2011．1．1 目录 第1章设计内容与要求 ...................................... 错误!未定义书签。 1.1 设计内容............................................ 错误!未定义书签。 1.2 设计要求............................................ 错误!未定义书签。 1.3 系统功能............................................ 错误!未定义书签。 1.4 应用分析............................................ 错误!未定义书签。第2章系统总体设计 ........................................ 错误!未定义书签。 2.1 总体框图............................................ 错误!未定义书签。 2.2 总体设计分析........................................ 错误!未定义书签。第3章硬件结构............................................ 错误!未定义书签。 3.1 5V电源电路.......................................... 错误!未定义书签。 3.2 系统电源电路........................................ 错误!未定义书签。 3.3 复位电路............................................ 错误!未定义书签。 3.4 JTAG接口电路........................................ 错误!未定义书签。 3.5 系统存储器电路...................................... 错误!未定义书签。 3.6 TFT液晶接口电路 (12) 3.7 串口接口电路 (13) 3.8 ADC电路 (14) 3.9 按键控制电路........................................ 错误!未定义书签。 3.10 主芯片电路 (14) 第4章软件分析 (14) 4.1 软件框图分析 (14) 4.2 任务的划分 (15) 4.3 任务的优先级设计 (15) 4.4 液晶初始化设计 (16) 4.5 定时器设计 (16) 4.6 AD转换设计 (16) 科技大学 电子技术综合实践报告设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 1001050903 学生： 指导教师： 设计时间：2013.6.18 摘要 本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度围为-3.3V—+3.3V，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器 前言 (1) 第1章绪论 (2) 1.1课题背景 (2) 1.2课题研究的目的和意义 (2) 1.3课题的主要研究工作 (3) 第2章系统整体设计方案 (3) 2.1硬件总体结构 (3) 2.2系统实现的原理介绍 (4) 2.2.1 STM32处理器介绍 (4) 2.2.2 LCD显示介绍 (5) 2.3软件整体设计 (6) 2.4数字手持示波器技术参数 (6) 第3章软件编程与调试 (7) 3.1软件设计总体框图 (7) 3.2键盘控制程序 (7) 3.3峰峰值测量程序设计 (8) 3.4LCD显示程序设计 (9) 第四章性能测试与分析 (12) 第五章总结 (14) 第六章参考文献 (15) 基于S T M的数字示波器 设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020 山东科技大学电子技术综合实践报告 设计题目：基于STM32的简易数字示波器 专业：电子信息科学与技术 班级学号：电科10-1 03 学生姓名： 指导教师： 设计时间： 摘要 本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以STM32为控制核心简易示波器的设计。包括前级电路处理，AD转换，LCD显示灯模块。前级电路处理由程控放大衰减器，极性转换电路组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度范围为—+，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的峰峰值。 总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本，完全可以把本设计当做手持数字示波器。 关键词：AD ，STM32，实时采样，数字示波器 前言 0 第1章绪论 (1) 课题背景 (1) 课题研究的目的和意义 (1) 课题的主要研究工作 (2) 第2章系统整体设计方案 (2) 硬件总体结构 (2) 系统实现的原理介绍 (3) STM32处理器介绍 (3) LCD显示介绍 (4) 软件整体设计 (5) 数字手持示波器技术参数 (5) 第3章软件编程与调试 (6) 软件设计总体框图 (6) 键盘控制程序 (7) 峰峰值测量程序设计 (7) LCD显示程序设计 (8) 第四章性能测试与分析 (8) 第五章总结 (9) 第六章参考文献 (9) 基于DSP的数字示波器GUI开发与软件设计流程 随着嵌入式系统应用领域的不断扩大，系统复杂性也在不断提高。所以在嵌入式系统中实现用户图形化（GUI），已经成为大势所趋。在测量仪器中，图形化界面也是广泛采用，一种是嵌入操作系统，大多数的用户图形化界面（GUI）都是在操作系统（如OS、WinCE、Linix）的支持下，调用系统的各种API函数实现的。这些操作系统为实现GUI提供了大量的库函数，也为编程人员提供了界面设计的良好平台。但是这种嵌入技术，对硬件要求高，相当于嵌入一台计算机，如利用WinCE就可以十分方便的设计出具有Windows风格的图形界面。另一种是，直接利用DSP技术，开发小型系统。这种系统精简，对硬件要求低，但功能相对单一。其用户图形界面（GUI）是在VisualDSP++ 4.0 Kernel 的基础上开发的，界面风格紧紧与仪器的功能相联系。在完成了仪器的波形和菜单等显示的基础上，团队也做了一些通用性的用户图形界面，如文件管理器等。当然，所设计的用户图形界面，在功能强大方面是远不能与WinCE等所比拟的，但是对于仪器的使用者来说，已经是足够的方便——因为这毕竟是仪器的用户图形界面，而不是掌上电脑PDA的用户图形界面。 用户界面实现原理 用户图形界面的实现，需要硬件、软件上的支持。通过操作平台（operation platform）的调配，调用显示程序，显示程序刷新显示缓存，再由显示驱动程序，将显示缓存中的内容显示到液晶屏上。 下面简要的介绍主要的几个组成部分。 GUI图形标准库 要在用户图形界面上显示各种的图形、图案，除了硬件电路的支持外，还需要强大的软件支持。而其中（GUI）的图形标准库为最基础，而不可或缺的。用户图形界面（GUI）的图形标准库包括最基本的画点、画线、画矩形、填充矩形、画圆形、放置bmp格式的图案、显示中、英文等函数，该图形库功能越强大，就越可以支持复杂的用户图形界面（GUI）。GUI的操作平台的支持 款简易示波器的设计方案 随着电子通信以及教学事业的发展，示波器的应用 越来越广泛，它在教学中所起到的作用越来越重要，示波器可以测量信号的幅度，频率以及波形等等，但是高精度的示波器非常昂贵，对于非盈利事业的教学组织来说无疑不合适，所以提出了一种以单片机为控制核心的简易示波器设计方案。它由前向控制部分，数据采集和存储部分， 51 单片机控 制部分以及按键和 MS12864R 显示部分组成。 1 简易数字示波器的工作原理以及总体框架本设计硬件电路部分由单片机控制系统电路，前向输入调理电路，模数转换和存储电路，以及按键显示电路组成。其工作的基本思路就是以单片机为控制核心，让 AD 芯片完成数据的离散化，采集数据经过缓冲暂存于存储器里面，当波形显示时，单片机从存储器的读使能端读取采集数据存于数组中，然后进行相应的数据处理并把所存取得数据按一定的顺序打在液晶显示器相应的位置上，从而再现波形信号 ;其中输入调理电路由阻抗变换电路，信号抬升电路以及频率测量电路构成，阻抗变换电路是为了提高输入阻抗，信号抬升是为了使信号的幅度满足 AD 芯片的输入幅度要求，频率测量电路主要是测量周期性信号的频率。总体设计框图如图 1 所示。 2 硬件设计 2.1 前端信号的处理本模块具有两 信号位置的变换主要由阻抗变换电路，信号抬升电路构成， 阻抗变换采用 ua741 构建的阻随放大电路， 信 用 ua741 构 成的加法电路， 信号位置的处理主要是对被测输 入信号在幅度与偏移方面进行线性处理，使信号在垂直方向 处于 A/D 转换器的输入范围内。 波形变换电路是用来测量 输入信号的频率，但是单片机属于数字器件，为此，我们需 随着写入数据或者读取数据而使地址指针进行递增或者递 减来实现寻址，两者中间接了一个缓冲器，这样可以起到数 据缓冲作用，在MCU 与AD 之间接入FIFO 的作用是起到数 据缓冲的作用，因为 AD 的时钟高于 MCU 的工作频率，所 以让 AD 和 FIFO 同步工作来存储 AD 转换的输出数据，实 验中 AD 与 FIFO 的时钟同步，来自于 ALE 引脚，为了使时 钟更加稳定， 可以让 ALE 信号先经过与门再送往采集存储模 块;FIFO 有3个标志位引脚，FF 满标志，HF 半满标志以及 EF 空标志，本设计只利用了 FF 满标志，当 FIFO 存满时通 知单片机来读取数据，这是单片机使 FIFO 的写使能禁止， 大功能， 是输入信号位置的变换 ;二是信号波形的变换 号抬升电路采 要对输入信号进行波形变换以及脉冲整形 ;硬件电路设计如 图2 所示。 2.2 信号的采集与存储 数据采集部分㈣ 是本设计的核心部分，本设计采用 BB 公司的 8 位 AD, 试验 中让 AD 完成数据采集，采集完数据送往 FIFO, 通过 FIFO 中继再送往单片机， FIFO 是一种双口 RAM, 它没有地址线， 目录 （一）实训内容 (1) （二）实训目的 (1) （三）数字示波器原理 (1) 1.机型介绍 (1) 1.1.整体介绍 (1) 1.2.功能简介 (1) 2．本机参数介绍 (2) 3.基本原理 (3) 3.1.硬件总体框图 (3) 3.2.耦合方式选择电路 (3) 3.3灵敏度选择电路① (4) 3.4.电压跟随器 (5) 3.5.灵敏度选择电路② (5) 3.6.信号调理电路 (6) 3.7.触发电路 (7) 3.8.档位控制电路 (7) 3.9.去耦合电路 (8) 3.10.电源供电电路 (8) 3.11.单片机接口电路 (9) 4.元器件功能与检测 (10) 4.1.STM32F103Cx单片机 (10) 4.2.TL084运算放大器 (10) 4.3.LM7805三端稳压集成电路 (11) 4.4.LM7905三端稳压集成电路 (11) 4.5.LM11173.3三端稳压集成电路 (11) 5．PCB版 (11) （四）数字示波器的组装 (11) （五）数字示波器的调试 (12) （六）小组分工 (13) （七）实训心得 (13) （八）参考文献 (14) （九）附录 (15) （一）实训内容 1.利用套件中各种电子元器件/模块组装数字示波器。 2.学习数字示波器原理与系统组成。 （二）实训目的 1.理解数字示波器内部组成结构和工作原理。 2.学习数字示波器的组装、调试、维修以及升级方法。 3.锻炼学生动手与实践能力。 （三）数字示波器原理 1.机型介绍 1.1.整体介绍： DSO138数字示波器采用9V电源供电，以STM32F103Cx单片机为核心处理器，具有将信号数字化后再建波形，记忆、存储被观测信号的功能，还可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。采用彩色TFT LCD屏幕，使示波器灵敏度、可视度得到很大的提高，并留有USB端口可供二次升级开发。总体来说DSO138示波器具有体积小、重量轻，便于携带，操作方便，能自动测量波形的频率、周期、峰峰值、有效值、最大值、最小值等特点。 1.2.功能简介： 3个拨动开关：CPL、SEN1、SEN2。其中CPL开关有GND、AC、DC三种耦合 数字示波器的使用 实验报告 姓名： 学号： 座位号： 指导教师： 报告箱号： 实验日期：年月日星期第节 数字示波器的使用 预习提示：完整地学习使用某一仪器的最好方法一般是对照着用户手册，按照提示一步一步地操作，并观察记录实验现象和结果，思考自己所完成的仪器操作的作用。但初次接触像示波器这样的通用仪器，一方面，我们不可能在短时间内学会其所有的操作；另一方面，通用仪器的各种功能之间并不一定有直接的相互关联，我们可以选择其中的部分功能进行学习，其他功能可以留到以后用到时再参考用户手册来学习和实践。实验预习时，学生可以粗读用户手册中与实验内容相关的章节（第一章和第二章），知道有关功能/操作大致是哪些步骤、可以得到哪些结果。千万不要尝试去“背诵”用户手册的某个章节甚至整本用户手册。 实验目的： 预习作业： 1.示波器是一个什么样的仪器？它有哪些应用？ 2.本实验所用数字示波器的电压显示范围V pp是_________；若待测量信号的V pp小于此值，则可将信号 直接接到数字示波器的信号输入端（通道1或通道2）；若待测量信号的V pp大于此值，则需用示波器10:1衰减探头，且在探头线___________开关打开的情况下才能将信号接入示波器。 3.信号接入示波器之后，如果发现信号幅度纵向只占屏幕的很小部分或上下均超出屏幕显示范围，应调 节相应通道的________旋钮；若信号纵向偏离屏幕中心位置，则应调节相应通道的_________旋钮。若屏幕上显示的信号周期数太少或太多，则应调节该通道的________旋钮。 4.若屏幕上显示的信号一直在左右移动，很可能是因为_________源/模式选择或________电平设置不当。 5.（本题可在实验过程中完成）电压档位显示在液晶屏的_________位置，时基档位显示在液晶屏的 _________位置，触发源和触发模式选择显示在液晶屏的________位置。 6.（本题可在实验过程中完成）屏幕上，信号电压的零点由显示屏________位置的_______符号来指示。 信号以直流耦合方式输入时的指示符号是________；信号以交流耦合方式输入时的指示符号是 ________。数字示波器使用实验操作指导
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