数字示波器设计制作报告

数字存储示波器设计制作报告

1．立项依据

1.1.1课题研究的目的、意义：

（1）课题研究的目的：

①通过课题的研究进一步巩固所学的知识，同时学习课程以外的知识，培

养综合应用知识的能力。

②锻炼动手能力与实际工作能力，将所学的理论与实践结合起来。

③培养团队精神，加强协作能力，增进同学间的友谊。

④尽力研究出预期成果，如有可能的话申报相关的知识产权，并使成果产

业化。

（2）课题研究的意义：

①研究过程本身可以使参与者得到极大的锻炼，为将来参加实际工作做好

准备。

②研究的预期成果可以弥补现有示波器的不足，如能实现产业化，将在低档型方面有较大市场。

。

2．课题研究的主要内容及实施方案

2.1.1课题研究的主要内容：

本课题研究的主要内容是如何建立一套可存储虚拟示波器系统，其具体组成为：

①硬件系统：

硬件系统由计算机硬件系统和外部硬件系统组成。这里主要研究外部硬件系统，其主要目标是实现数据采集、AD转换、数据缓冲及压缩、数据存储、向计算机系统传输。

②软件系统：

软件系统的主要任务是通过计算机硬件系统读取由外部硬件设备传输来的数据，进行解压、变换、排除干扰信号、将波形显示在显示器上，并进行波形的存储、打印与分析。

在实现以上基本功能的前提下，还可以进行进一步的扩展国，如硬件系统性

能的担高、成本的降低、体积重量的减小、接口的扩展；软件系统功能的完善、用户界面的改进、数据的格式化、网络化，最终目标是产业化。

2.1.2实施方案：

本系统实施方案如下页图一所示：

2.1.3工作条件：

信号源、单片机编程器、普通数字示波器、带RS －232串口的计算机系统。

随着工作的进展对实验条件的要求可能会有所变化。

3．问题的分析与几种主要实施方案的讨论

3.1.1问题的分析

本课题的主要问题在于模拟信号向数字信号的转换。为了测试高频模拟信号，

必须采用高速的模数转换技术。采样定理指出，要不失真地复现输入信号，采样频率必须大于等于输入信号频率上限的二倍，但在实际工作中，要得到较理想的输入信号的波形，在输入信号的每个周期必须采十个以上的数据点。这样绘制出的波形图才能比较准确地反映输入信号的特征。因此，高速采样及模数转换技术成为本课题的主要重难点。

3.1.2几种方案的讨论

在本课题的研究过程中，我们提出了以下的方案以解决该问题。

（1） 直接AD 采样

该方案采用市售高速AD 转换芯片，直接对输入信号进行采样、转换，然后

存储在单片机或RAM 中。

该方案的主要优点是软硬件设计简单，且有很多现成的资料可以参考。缺点

在于速度与价格难以兼顾，市售高速AD 转换芯片的价格与速度基本成指数关系，而且有很多高速AD 转换芯片难于购买。因此，以较低的价格只能得到较低的性

图一：实施方案示意图

能。另一方面，从科技创新本身来说，本方案的技术已经相当成熟，真正创新的内容不多。

（2）取样示波器方案

所谓取样示波器，就是在一个周期信号的不同周期采样，从而获得周期信号

的信息。

如图二所示：对于输入信号，设其周期为T ，如果能够准确地得到其T /n 的时间，那么就可以每隔T n m ???? ??+1时间采样一次，采n 个数据点，实际上与在一个周期内采n 个数据点是等价的。

此外，如果将逐次比较AD 转换的各次比较过程分在各个不同的周期，但都对应相同的相位，从理论上来说于在一个周期内采样是等价的，而每次比较的时间总比完整的转换时间短的多，因此分周期逐次比较可以对频率更高的输入信号进行采样。

图二A ：直接采样方案示意图

图二B ：隔周期采样方案示意图

该方案的主要优点是可以采集很高频率的周期性输入信号。但该方案的难点

也是很明显的：如何准确获取T /n 的时间。

在本课题的研究过程中，我们曾尝试用集成锁相环CC4046来实现此功能，通过计数器与CC4046可以实现对经过整形的输入信号2101分频，再21倍频，实质上就是锁定输入信号周期的211100的时间。但发现在倍频时CC4046很难锁定，几乎得不到稳定的输出波形。因此该方案最终被放弃。

事实上，该方案还是有前景的。可以考虑使用稍高档的集成锁相环，可能可

以解决失锁的问题，另外，如果采用数字锁相环，或者用单片机结合PLD ，可以实现数字锁相，从而得到更精确更稳定的取样控制脉冲信号。

（3）电压比较方案

以上两个方案都是通过在特定的时刻对输入信号采样而得到输入信号的信

息。但由于输入信号是模拟量，就必须进行AD 转换，而AD 转换的速度限制了整个采样及转换过程的速度的提高。与之相比，使用高频时钟（74LS 系列的计数器理论最高时钟频率都可达到数十MHz ）和多位计数器计时，可以非常容易地把时间变为数字量。该方案避开AD 转换，而通过DA 转换输出一个参考电压，将输入信号与参考电压进行比较，记录比较器输出翻转的时刻，这一时刻可以认为是输入信号与参考电压相同的时刻，而且可直接从计数器中读出该时刻对应的数字量；对于周期信号，与方案（2）中类似，在不同的周期中采样，可以采集非常频率高的周期信号。

图三：电平比较方案示意图

该方案的主要难点是比较器上的干扰如何抑制。在实验中，发现比较器的输入端干扰非常大，这与我们的实验条件有一定关系。最终还是没能克服这个问题而放弃了该方案。

（4）频域分析方案

该方案原理类似于频谱仪。对于周期输入信号，分析其各次谐波分量的幅值与幅角，就可以求出其波形。由于常用的周期信号高频分量衰减得都很快，因此只用分析几次谐波就可以得到较精确的结果。

此方案的难点在于本级振荡中的频率合成，以及各次谐波的幅角的测量。由于我们没有学过相关的知识，因此未采用此方案。

综上所述，四种方案各有优缺点。其中前三种方案我们都曾尝试过。由于时间、实验条件等诸多原因，最终我们采用了方案（1）。

4．本数字存储示波器系统概述

本数字存储示波器系统。有两种工作状态：实时采集、存储输入。实时采集方式适用于输入信号频率较低（<100Hz）的情况。工作在该方式时，输入信号经过AD转换，对应的数字量传入单片机，然后立即通过串行线传输到计算机中。存储输入方式则是用于输入频率信号较高（100Hz~50kHz）的情况。工作在该方式时，采用DMA（直接存储器访问）技术，输入信号经过AD转换，对应数字量直接写入RAM中。转换完毕后，再通过串行线将RAM中的数据传输到计算机中。采集过程与传输过程可以分别进行，采集过程不需要计算机参与，只要不

掉电，波形数据可以存储任意长时间。

本数字存储示波器系统由硬件系统和软件系统组成。其中硬件系统实现输入信号的放大/衰减、AD转换、DMA控制等；软件系统又分为单片机软件与计算机软件两部分。单片机软件系统控制硬件系统以及串行数据的传输等；计算机软件处理数据，以实现绘制、打印波形、频谱分析等功能。

5．硬件系统

硬件系统由以下几部分组成：

（1）CPU及其外围设备

本系统CPU采用Atmel AT89C52单片机，其外围设备包括RAM62256、串行传输电平变换芯片MAX232

以及CPU时钟、键盘等。

（2）AD转换、DMA控制电路

这部分电路是本系统的核心部分，负责数据的采集和存储，同时根据两种不同的工作方式采用不同的逻辑。当用户指定工作方式后，CPU会给出相应的控制信号，这部分电路根据给出的信号控制各芯片的片选、锁存等。具体地说，CPU 的P1.2与P1.4端提供AD的控制信号。具体逻辑如表一：

址发生器与62256地址线间的缓冲器。

[2]实时采集时AD的控制信号由CPU P1.3端提供。

[3]以上三个片选均为低有效。

本系统采用AD公司的高速AD转换芯片AD7820，原厂资料中该芯片的转换时间为2μs，有两种工作模式。其中直通工作模式最简单，而且适合本系统工作要求，因此采用这种工作模式。

如图三所示，工作在直通模式时，AD7820的RD端接低电平，MODE端接高电平。WR端为高电平时，输出保持不变，INT保持低电平；当WR变为低电平后，

AD转换启动，同时INT变为高电平。WR低电平应保持twr=(600ns-50μs)；当WR再次变为高电平后，AD转换的结果经输出缓冲器输出并锁存，同时INT变为低电平。从WR的上升沿到AD输出有效数字的时间为tint=700ns（典型值）,两次转换间隔时间为tp=600ns（最小值）。

图四：AD7820工作时序图（摘自AD公司原厂资料）本系统工作在DMA方式时，采用6Mhz振荡器，经16分频后得到周期为2.67

μs、占空比为50%的方波，将其接至AD7820的WR端，则可满足上述时序的要求。工作在实时采集方式时，则由CPU P1.3端提供WR信号。

本系统工作在DMA方式时，62256 WR端接AD7820 INT端，则每次采样完

毕后，AD7820直接向62256写入数据。

其他控制时序和控制逻辑较简单，用一片译码器74LS138和一片数据选择器

74LS253按表一中的逻辑联接即可。

（3）时钟及地址发生器

本系统地址发生器由四片四位计数器74LS161级连而成，最低位计数器的时

钟接AD7820 INT端（附加两个非门延时），这样AD每完成一次转换就向62256

内写入一次数据，启动下一次转换的同时将地址计数器输出增一。四片74LS161

共有16根输出线，其中低十五位通过缓冲器（表一中缓冲器2）接至62256地址

线，最高位经反相后接CPU INT0端。当计满15位向第16位进位时，触发CPU

中断0，CPU响应中断后即停止DMA控制器的工作，系统即完成一轮AD转换

及向62256种存储数据的过程。

本系统的时钟发生器及前面所述的6Mhz振荡器及16分频电路。振荡器由石

英晶体振荡器及非门等构成，16分频采用计数器74LS161。这部分电路比较简单，不再赘述。

6．软件简介：

本软件主要完成数字示波器的数据后期处理工作；

开发环境：Visual C++ 6.0

适用平台：Windows 9X/Me/2000/XP

可执行文件大小：2.26MB

附加文件：mfc42.dll, MSCOMM32.OCX, msvcrt.dll

主要功能如下：

6.1.1串行数据接收:

采用VC附带ActiveX控件Microsoft Communications Control, version 6.0实现串口数据的接收；

如果内存允许，采集点数不限；因此，本软件也满足过程控制中大容量数据采集及图形处理的需要；

6.1.2数字滤波：

采用多项式光滑不等距插值，本方法是制定n个不等距节点x i(i=0,1,-------,n-1)上的函数值yi=f(xi)及精度要求，利用阿克玛(Akima)方法，计算指定子区间上的三次插值多项式与指定插值点上的函数值；

函数的调用格式为：

GetValueAkima(int n, double x[], double y[], double t, double s[], int k /*= -1*/)

6.1.3图像处理：

（1）波形图：

完成采集波形的绘制，支持各种动态操作，包括：图像的整体放大，整体缩小，还原初始最佳大小，移动，X向放大、缩小，Y向放大、缩小；

支持各种编辑操作，包括：图像数据的存储(存储成.sun文件)，波形图、频谱图的打印，波形图、频谱图的拷贝（可在Word等编辑软件中粘贴）；

支持波形图相及示波屏幕的视觉效果调整，包括：波形图、频谱图曲线颜色的任意调整条，线条宽度的调整，示波屏幕全屏化，背景模式的调整；

支持波形图处理数据量的动态调整：以克服图像失真，及图形处理速度慢等问题；

支持任意点电压值，时间值；两点之间电压差，时间差的动态读取；

支持采集数据的十六进制，十进制现实，支持数据的拷贝（可转移到Excel 等数据处理软件中处理）；

（2）频谱图：

采用离散Foriour变换，绘制周期图像的离散谱，非周期图像的连续谱，并给出相应频谱信息：

对于以上功能，提供方波，正弦波，随机波，单位阶跃响应四组测试数据模拟采集数据，供使用者练习，以熟悉本软件；

提供使用说明，供使用者参考;

6.1.4软件界面效果如下：

（1）主界面：

图五：软件主界面（非实际大小，下同）

（2）波形图界面：

图六：波形显示界面

（3）波形图示数面板界面：

图七：波形读数面板界面（4）频谱图界面：

图八：频谱图显示界面

7. 测试结果

测试方法：以信号源的输出作为本系统的输入，分别测试本系统在两种不同工作方式时对应各种频率、各种形式的输入信号的输出如下：

7.1.1存储输入方式：

（1）1kHz正弦波输入1，原图如下：

图九：1kHz正弦波波形（原图）（1）

（2）1kHz正弦波输入2，原图如下：

图十：1kHz正弦波波形（原图）（2）

（3）2kHz方波输入信号，原图经局部放大后如下：

图十一：2kHz方波波形（局部放大图）（4）45kHz正弦波输入信号，原图经局部放大后如下：

图十二：45kHz正弦波输入信号（局部放大图）

（5）60kHz锯齿波输入信号，原图经局部放大后如下：

图十三：60kHz锯齿波波形（局部放大图）

7.1.2实时采集方式：

（1）0.7Hz调节占空比后的正弦波，原图如下：

图十四：0.7Hz调节占空比后的正弦波（原图）

（2）5Hz正弦波输入信号，原图如下

图十五：5Hz正弦波波形（原图）（3）60Hz方波输入信号，原图经过局部放大如下：

图十六：60Hz方波（局部放大图）

（4）100Hz正弦波输入信号，原图经过局部放大如下：

图十七：100Hz正弦波（局部放大图）（5）100Hz方波输入信号，原图经过局部放大如下：

图十八：100Hz方波（局部放大图）

（6）200Hz正弦波输入信号，原图经过局部放大如下：

图十九：200Hz正弦波（局部放大图）

7.1.3关于测试结果的讨论：

从以上各图中可以看出：

（1）不论工作在那种方式时，当输入信号频率相对较高时，显示出的波形将很密集而难于观察，因此部分波形经过了局部放大以便于观察。

（2）实时采集方式得到的波形明显好于存储输入方式。这一方面是因为工作在实时采集方式时AD工作频率较低，采集的数据比较可靠；另一方面因为工作在实施采集方式时，所得数据立即经单片机传入计算机中，而工作在存储输入方式时，数据要先向62256中存储，经过步骤较多，而由实验条件所限，数据总线和地址总线上必然有诸多干扰，因此会影响存储的波形数据。

（3）注意图九、图十中的箭头所指处，在实验中观察到每次工作在存储方式时此处都有相同的尖峰。观察实验数据，发现每组数据中都有一段固定的地址（00F0H~00FFH）对应的数据始终为常值（为我们以前所做的实验中向里写入的有规律的数据），不随输入信号而改变，反映在波形上正是图九、图十中的尖峰。由于在32k数据中只有这16个始终不正常，因此我们认为是62256对应存储单元损坏，使新的数据不能写入所致。

（4）根据以上分析，我们认为如果能够制作出成品PCB板，可能可以抑制总线上的干扰，效果应该会有所改善。另一方面，在软件中我们采用了插值算法，

使得绘制出的曲线比较光滑。但是如果有个别数据点出现干扰，反映在图形上就会有一个很明显的尖峰。如图十二中的两处箭头所指出的，如果此处数据点在╳处，那么波形就很光滑，因此可以认为这两个点的数据是干扰数据。如果在改进软件中的数字滤波算法，滤掉数据中的高频干扰，效果应该也会有所改善。

8. 心得体会

我们在2002年十月份申报科技创新并得到批准，于是着手做这台虚拟存储示波器。在这近一年的时间中，我们三人在只有一些理论知识，没有什么工作经验的基础上，借鉴前人的经验，自己摸索，做了各种各样的实验，到现在已经基本完成。现在回顾以前的工作，有很多的感触。

在动手工作之前，我们的知识面较窄，为了做好这个工作，必须去查资料，我们翻阅图书馆的大量藏书和许多期刊，找寻各种元件的不同用法，这极大地拓展了我们的视野，为我们以后的工作打下了一点基础。

我们为了做这个工作想了很多的方法，也做了很多的实验，虽然各种创新的方案因为各种原因都失败了，但我们的思维大大的活跃了。我们相信，我们的很多方案时有可取之处的，如果实验条件较好，时间较充裕，可能有些方案可以实现。为此，我们还要继续努力，争取在目前成品的基础上进一步改进，进一步尝试各种方案。

数字示波器的设计

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

计算机程序设计数字示波器程序的设计

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：

简易数字示波器设计_本科论文

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

虚拟数字示波器的设计和实现

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

毕业设计(论文)开题报告-简易数字示波器设计

毕业设计（论文）开题报告-简易数字示波器设计西安交通大学XX学院 本科毕业设计(论文)开题报告 题目简易数字示波器设计所在系电气与信息工程学生姓名 XXXXX 专业电子信息工程班级信息XXX学号 XXXXXX3 指导教师 XXXX 教学服务中心制表 年月 本科毕业设计(论文)开题报告 对题目的陈述 1.结合毕业设计(论文)课题情况，根据查阅的文献资料，撰写1000字左右的文献综述: (说明选题意义、国内外研究现状、主要研究内容) 数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。目前高端数字示波器主要依靠美国技术，对于300MHz带宽之内的示波器，目前国内品牌的示波器在性能上已经可以和国外品牌抗衡，且具有明显的性价比优势, 数字示波器自上个世纪七十年代诞生以来，其应用越来越广泛，已成为测试工程师必备的工具之一。21世纪是一个科学和技术都在飞速发展的时代，随着电子技术、计算机技术、通信技术和自动化技术的高速发展,电子测量仪器也有了巨大的发展。数字式示波器就以其存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良的性能从而逐步取代模拟示波器。用数字示波器能完成对信号的一次性采集，把波形存储起来，还可以通过移位操作观察波形的任何一部分等等。

数字示波器是随着数字集成电路技术的发展而出现的新型智能化示波器，己经成为电子测量领域的基础测试仪器。随着新技术、新器件的发展，它正在向宽带化、模块化、多功能和网络化的方向发展。数字示波器的优势是可以实现高带宽及强大的分析功能。现在高端数字示波器的实时带宽已达到20GHz，可以广泛应用于各种千兆以太网、光通讯等测试领域。而低端数字示波器几乎可以应用于国民经济各个领域的通用测试，同时可广泛应用于高校及职业学校的教学，为社会培养众多的后备人才。数字示波器的技术基础是数据采集，其设计技术可以应用于更广泛的数据采集产品中，具有深远的意义。 为了巩固大学4年来所学的知识，将课本上的理论知识运用到实际中，我选择了简易数字示波器这个题目作为的大学毕业设计题目。 自从1972年世界上第一台数字示波器问世以来，经历了三个发展阶段。1986年以前为DSO发展的初期阶段，当时的取样率较低，一般不超过50MSa/s，带宽在20MHz以下，结构形式以数字存储加传统模拟示波器二合一的组合式为主，功能少，性能低。主要代表性产品有美国哥德(Gould)公司生产的4035，HP公司生产的HP54200。1986年--1994年，伴随高速ADC和高速RAM的迅速发展，DSO的发展也进入了快车道，取样率达到了4GSa/s，记录长度超过32K。每年各示波器生产厂商都推出新的型号，技术上开始走向成熟。1989年，HP公司率先停止了模拟示波器的生产，专心培育数字示波器市场。到1993年，DSO的销售额就超过了传统模拟示波器，使持续将近半个世纪的模拟示波器市场发生动摇。1995年以后，DSO 在技术上己经成熟，带宽在100MHz以上，DSO已经完全取代了模拟示波器。2004年10月，AGILENT公司推出了具震撼性的DS081304A数字存储示波器，带宽 3GHz，上升时间23ps，最高采样率40GHz。这时，除了继续提高取样率(最高达 40GSa/s)、带宽(达20GHz)和增加记录长度(达16MB)外，DSO制造商开始向100MHz 以下带宽的通用DSO方向发展，并且性价比迅速提高。1996年，AGILENT公司面向

STM32的数字示波器设计

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

基于STM32的简易数字示波器

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

数字存储示波器毕业论文

摘要 数字存储示波器是随着数字电路的发展而发展起来的一种具有存储功能的新型示波器。原先人们看好的模拟示波器的一些优点，目前数字示波器已完全能够做到，特别是在捕获非重复信号、避免信号的虚化和闪烁、在时间上从触发事件反问寻迹——实现在电路中隔离故障等方面，数字示波器显示出了模拟示波器无可比拟的优势。因此，数字示波器由于其优势的性能、良好的性能价格化，刚一问世,就显示出它强大的生命力,各行各业均迫切需要,有其广阔的发展前途。 本简易数字存储示波器,以单片机为控制核心,由通道调理、触发、波形显示等功能模块组成。本系统对触发系统、水平扫描速度和垂直灵敏度的自动设置功能（AUTOSET）及波形参数测量等功能进行了重点设计。设计中采用了模块化设计方法，并使用了多种EDA工具，提高了设计效率。整个设计实现了存储示波器的所有功能要求，达到较高的性能指标。 关键词：存储器，转换器，数字存储示波器，单片机

ABSTRACT It is that one developed with development of the digital circuit is new-type oscillograph which stores the function that the figure stores the oscillograph . Original ancestors see some advantages of the good simulation oscillograph , the digital oscillograph can already be accomplished at present, catching and is not repeating the signal, avoiding melting and glimmers specially emptily, reply the mark of seeking from the incident of touching off on time of the signal --Realizing it in isolating the trouble in the circuit etc., the digital oscillograph demonstrates the incomparable advantage of the simulation oscillograph . So digital oscillograph because performance , good performance price of advantage their, just coming out , demonstrated its strong vitality, all trades and professions needed urgently , there is its wide development prospect. . T his simple and easy figure stores the oscillograph, regard one-chip computer as the core of controlling, nursed one's health, touched off by the pass-way, the wave form shows, etc. the function module makes up . Such functions as automatic establishment function (AUTOSET ) and wave form parameter that this system scanned the speed and vertical sensitivity in touching off system , level are measured have been designed especially. Have adopt the module design method in the design, has used many kinds of EDA tools, have improved design efficiency. The whole of functions of designing and realizing storing the oscillograph require , reach the higher performance index Keyword: the memory , the converter, the figure stores the oscillograph , Micro Computer Unite

基于STM32的数字示波器设计

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)

数字式小示波器的设计【开题报告】

开题报告 电子信息工程 数字式小示波器的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 在现代电子测量中，示波器作为最常用的仪器之一，被我们广泛的应用于各个领域。众所周知，示波器可以用来观察、测量和记录各种瞬时电压电流，同时还可以通过波形的方式来显示电压电流与时间的关系。从波形中，我们可以知道所测信号的很多特征，包括信号的时间与相应的电压电流值、信号的周期与频率、信号的直流部份和交流部份、是否存在故障部件使信号产生失真、信号的噪声值及噪声随时间变化的情况、多个波形信号的比较等等。通过示波器的直观显示，我们能更加深入的理解被测对象。通常，示波器产生的是一个二维波形，它的Y轴方向上显示的是输入端接收的电压或电流信号，而X轴方向显示的则是它的时间参数。传统的模拟示波器，显示器件采用的是CRT（一种使用阴极射线管的显示器）。工作时，电子管发射的电子束经过加速、聚集后打在荧屏上面，从而发出荧屏光。由于现代计算机技术与微电子技术的不断发展，示波器已开始了从模拟向数字的过渡。同模拟示波器相比，数字示波器具有更多的优点，所以它开始逐步取代模拟示波器的地位，并成为市场上的主流产品。 通常，模拟示波器在非周期性单次瞬变信号的观测方面是比较难以实现的，但数字技术恰恰能够很好地解决这一问题。通过这一技术，我们就能将各种信号无失真地显示并存储。我们都知道，数字示波器是随着模—数转换器（即ADC）发展起来的，并且目前已逐步趋于实用化。由进一步的了解可知，数字示波器主要是利用A/D转换技术和数字存储技术来工作的。它将模拟信号经过A/D实时采样以产生数字信号并在存储器中长期保存。当该数字示波器进行工作时，它先对从探针中输入的模拟信号进行A/D转换，从而得到与输入瞬时值对应的一系列数值，并将这些数值进行存储。而存储后的数值经过处理器复杂的处理运算后，将被用于液晶显示器信源波形的绘制及信源波形各种参数的计算与分析。这就是数字示波器的基本工作原理。 由参考文献可知，我们所要设计的这个系统主要由单片机和液晶显示器两大部份组成[1，2，3]。其中，单片机是为满足工业控制而设计出来的，因此它的实时控制功能特别强，其CPU可以对I/O直接进行操作，位操作能力更是其它计算机不能比的。而且，由于CPU、I/O接口及存储器集成在一块芯片上，各部件之间连接紧凑，因此数据在传输时受到的干扰比较小，且不易受到环境条件的影响，可靠性极高。同时，单片机还具有体积小、价格低等优点，它非同寻常的嵌入式应用特点对于

简易数字示波器设计

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)

基于STM32的数字示波器设计

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STM的数字示波器设计

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

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

一款简易示波器的设计方案

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，

基于单片机数字示波器的设计

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