简易混合信号示波器
摘要：本设计以STM32F103ZE为核心处理器件，综合ADC、DMA、DAC、TIM 等，完成对信号的整形与触发、调理与放大、采样与保持、A/D、D/A转换、存储及数据处理，最终通过TFT液晶屏幕实现对模拟信号以及数字信号波形的显示。对整个系统采用模块化的设计思想，本文详细介绍了电源模块、DDS信号发生模块、信号处理模块、按键模块、STM32F103ZE控制运算模块、液晶显示模块电路以及系统扩展所需的其它一些外围电路的设计，软件方面则以硬件电路为基础，并考虑到可能存在的各种干扰因素，采用软硬件相结合的方法，提高系统的稳定性和精确度。
关键词：示波器，STM32F103ZE，DDS信号发生
目录
摘要 (1)
目录 (2)
引言 (3)
1 方案设计 (3)
1.1 控制系统方案的比较 (3)
1.2 理论分析与计算 (3)
1.3 系统结构框图 (4)
1.4 电源模块 (4)
1.5 信号产生模块 (5)
1.6 信号处理模块 (7)
1.7 按键模块 (7)
1.8 显示模块 (8)
2 软件设计 (9)
2.1 开发环境 (9)
2.2 软件流程图 (9)
3 设计实现 (9)
3.1 出现的问题以及解决方法 (9)
4 测试 (10)
4.1 测试仪器 (10)
4.2 测试过程 (10)
4.3 测试结果 (10)
5 结论 (10)
6 参考资料 (11)
1 引言
如今示波器就好比电子开发者的眼睛，每个电子开发者都希望能拥有一台示波器，可以帮助他们看是波形的实际情况，了解电路性能。题目要求设计并制作一台简易混合信号示波器（MSO），本次设计采用由电源模块、DDS信号发生模块、信号处理模块、按键模块、STM32F103ZE控制运算模块以及液晶显示模块组成的一个完整系统，结合软件完成一系列的功能，相比如今市场上的示波器，具有携带方便、操作简单、制作成本低、处理速度更快的特点。
2 方案设计
2.1 控制系统方案的比较
方案一：采用单片机作为核心控制器件。即由单片机、A/D转换器、D/A转换器及RAM存储器等组成系统。若采用该方案，则单片机不仅要对数据进行处理，而且还要完成复杂的时序控制，但单片机对数据的处理速度较低，并且试题要求的被测信号频率最高达到500KHz(发挥部分5MHz)，因此该方案难以达到设计要求，不予选取。
方案二：采用DSP为核心处理器件。即由DSP来控制各个部分协调工作，完成对数据的采集到最终波形的显示，但考虑到DSP造价高于ARM，并且对小信号的采集，如果用DSP芯片会有很多的限制，给设计增加难度，因此不予选取。
方案三：采用STM32F103ZE作为核心控制器件，即用其来控制数据采集、A/D 转换、数据存储、D/A转换及显示等各个部分。STM32F103ZE功能强大，采用这种方案的系统结构紧凑，可以实现复杂的时序控制，操作方便，而且数据处理速度很快，可以满足试题的所有要求。此外，还可充分利用STM32F103ZE片内资源来进行LPM参数化宏模块的定制，如RAM、ROM、PLL等，实现更多的功能。故本次选用方案三。
2.2 理论分析与计算
（1）等效采样分析
由于周期信号在各周期内的波形完全相同，可以在各周期内的不同时刻分别采集数据，然后将采集的数据合成完整的采样波形。设第一次的采样时刻为周期原点，第二个周期到来后延时Δt后再进行第二次采样，第三次采样则是在第三个周期到来后再延时2Δt的时刻，以此类推。将采集到的数据以间隔Δt顺序排列（如图1所示），即可恢复信号波形。等效采样速率fs=1/Δt，而实际的采样频率fs′=1/(T+Δt)，由于Δt<
Δt
2Δt
T
图1 等效采样说明图
为了进一步减小实际的采样频率，可每隔nT+Δt的时间间隔对输入信号采
样一次。在此，我们取n=20，则当输入信号频率达到5MHz时，实际采样频率约为5MHz/20=250kHz。
（2）垂直灵敏度
垂直灵敏度有四档指标要求：0.05V/div、0.5V/div、1V/div和2V/div，为此必须在前端设计一个有四种增益的放大电路。A/D转换器TLC5510的基准电压为2V，D/A转换器TLC7528的基准电压为2.5V，此外，该DAC的输出还具有两倍的增益，因此，其满幅输出为5V。示波器显示屏垂直方向有8格，对应为5V，即0.625/div，而信号经过D/A和A/D后又被放大了2.5倍，由此计算四档垂直灵敏度对应的放大倍数如表1.1所示。
本系统显示屏的水平刻度为10格，水平显示分辨率n为20点/div，则水平共显示20点/div×10div = 200个点。假设扫描速度为s，采样频率为f，则f= n/s，由此得到设计要求的四档扫描速度所对应的采样频率如表1.2所示。
行采样，当扫描速度在1us/div档时采用等效采样方式
2.3 系统结构框图
简易混合信号示波器结构框图如图2所示，以模块化的设计思想完成对整个系统的控制，后面将逐一介绍各个模块的处理框图以及工作原理。
图2 系统结构框图
2.4 电源模快
图3 电源模块组成框图
方案一：如图3所示，变压器将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，由整流电路，利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电，再经过滤波电路将其中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压，最终由稳压电路输出直流稳定的电压，但考虑到需要连接220V的交流电，以及电路复杂等原因排除此方案。
图4 电源组成模块
方案二：如图4所示，直接由电源适配器提供5V直流电压作为电源，经过稳压电路，得到稳定的电压，不仅简化了电路，而且携带更加方便，因此选用该方案。
2.5 信号产生模块
图5 信号产生原理图
方案一：如图5所示，U401是由Ha741所构成的文氏振荡器，运放的负端
到地可调电位器VR401，因此运算放大器的增益可调，满足A=1+R
F /R
1
≥3，VT401
接成电压跟随器，其输出接VR402电位器，因此输出的正弦波幅度可调。
图6 信号产生原理图
方案二：AD9850内含可编程DDS 系统和高速比较器，可实现全数字编程控制的频率合成（如图6所示）。可编程DDS系统的核心是相位累加器，由一个加法器和一个N位相位寄存器组成。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0°～360°范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC 输出模拟量。相位寄存器每过2N/ M 个外部参考时钟后返回到初始状态一次，相应地正弦查询表每经过一个循环也回到初始位置，从而使整个DDS 系统输出一个正弦波。输出的正弦波频率fout = M*fc/ 2的N次方（fc 为外部参考时钟频率）。
虽然方案一可以产生正弦波，但由于振荡频率取决于R和C，其电路产生的频率不会太高，不能达到试题要求的500KHZ（发挥部分5MHZ ）,但方案二可以完好的实现试题的全部要求，因此选则方案二。
2.6 信号处理模块
图7 信号处理框图
如图7所示模拟信号经过信号放大器后，通过增益的选择，电压跟随器以及触发电平的控制最终进入STM32F103ZE进行信号的处理，在示波器的模拟前端由控放大电路，offset电路，电平触发电路，检频电路组成。检频电路原理：通过电容耦合将信号直流分量去除（AC耦合），之后进入零点限幅电路将零点附近噪音信号去除（为了使后级过零比较器稳定检出频率），最后进入过零比较器检测出信号周期信号，这个信号被送入STM32的定时器捕获端口进行计数，在单位时间内的计数值便是频率。
图8 信号处理原理图
2.7 按键模块
图9 按键原理图图10 按键原理图方案一：如图9所示，若采用该电路，那么只能选择用软件去除抖动的方式。
方案二：如图10所示，在图9电路的基础上并联一个0.1uf的电容，运用电容放电延时的特性消除抖动，同时还可以结合软件更好的去抖，并且本次设计的精密度很高，因此采用如图10所示的电路，即选取方案二。
2.8 显示模块
方案1：系统的显示采用两片SRAM分时复用的方式。当显示SRAM1中所存数据时，下一次将要显示的数据可以事先存入SRAM2中，当前显示完成后，SRAM2中的数据就可以送去继续显示，而SRAM1将为下一次显示数据做准备。实际控制中，DSP处理器发出一选择信号，选择控制显示哪一片SRAM的数据，根据这个选择信号来控制两片SRAM的读写使能以及地址线。例如显示SRAM1中数据，SRAM2负责存入数据时，SRAM1设置成读使能有效，写使能无效，地址线指向显示数据区的首地址；SRAM2设置为读使能无效，写使能有效，地址线指着将要写入SRAM2那块数据区的首地
图11 液晶显示模块框图
方案2：如图11所示TFT液晶采用TSC2046芯片主控， TFT驱动程序会自动检测LCD驱芯片的型号。屏分辨率为240x400，屏支持24位颜色，18位颜色。由于STM32的FSMC总线是16位，因此实际驱动LCD只用到了16位色。
综合考虑产品的成本、万用板的尺寸以及总体设计方案，最终选择了方案2这一设计思路，不仅降低了控制的复杂度，同时也减小了硬件布板难度，节约了STM32的I/O口资源，减少了芯片成本等，具有良好的社会效益和经济。
3 软件设计
3.1 开发环境
目前STM32开发最广泛、最常用的开发环境是MDK和IAR两种，大都以IAR 和MDK为基准设计编写。本次设计采用KEIL uVision V4.13编写程序。
3.2 软件流程图
图11 软件流程图
用简单明了的软件流程图，指导编写程序，根据流程图逐步完成对整个硬件系统的控制，不仅使编写思路清晰，而且在设计实现的检测过程中更容易找出错误与不良，因为可以将程序根据流程图划分为局部与整体的关系，可以先检查局部程序，继而完成对整体的检测，而不用从头到尾，一行行的检查程序。
4 设计实现
4.1 出现的问题以及解决方法
（1）信号干扰
问题：在组合好整个设计后，发现即使不输入信号，在液晶上也会显示一定的波形。
解决方案：通过实验后，首先确定了不是软件的问题，其次硬件的连接与导通都很正常，在讨论分析后发现，由于模拟线路与数字线路排列紧密，导致信号间互相干扰，最终通过扩张电路间的空隙，重新设计线路的走势，得以完好解决。（2）被测信号幅值不够
问题：由DDS信号发生模块产生的正弦波幅值（峰峰值）未能达到试题要求的10V（发挥部分20V）。
解决方案：通过查阅资以及料精确计算后，以搭建三极管电压放大电路的方式，提高输出信号的幅值，结果表明该方法明显提高了输出信号的幅值。
5 测试
5.1 测试仪器
20MH GOS-620模拟示波器
UT51数字万用表
YB2003 DDS函数信号发生器
PC机
5.2 测试过程
（1）将制作完成的被测信号连接到示波器的输入端口，调节被测信号，检测频率是否为100Hz≤f≤500KHz，峰峰值0.1V≤Vp-p≤10V的正弦波。
（2）将函数信号发生器连接到制作好的MSO信号接收端口，测试能否完成对信号的采集、存储、显示以及失真情况。
（3）垂直灵敏度检测：分别在四档灵敏度时，对比被测信号在本设计液晶中与标准示波器上波形（对比多次，减小误差）。
（4）水平速度测试：分别在四档时，检测水平分辨率是否为20V/div，以及扫描速度是否达到预设标准。
（5）检测信号发生器是否能循环输出4路数字信号，波特率为10Mb/s，
码长为16位，且码型有加计数、减计数两种固定码型。
（6）检查是否能在同一液晶屏上显示输出信号的码型示意波形。
（7）检测是否增加垂直灵敏度档位，能使被测信号幅度达到0.05V≤Vp-p ≤20V；检测是否增加扫描速度挡位，能使被测信号频率达到10Hz ≤f≤5 MHz；检测信号发生器的码率可变(10Mb/s，20Mb/s，30Mb/s)，能否通过键盘能任意设置码型，并输出相应波特率和码型的4路数字信号。
5.3 测试结果
经过反复严格的测试与调整后，本次设计能很好的完成：（1）被测信号达到要求100Hz≤f≤500KHz，0.1V≤Vp-p≤10V；（2）能对被测信号采集，处理，显示，并无明显波形失真；（3）垂直灵敏度分为0.05V/div、0.5V/div、1V/div和2V/div共四档（手动调整）；（4）触发方式为自动；电压误差≤5%；5）可增加垂直灵敏度档位，被测信号幅度达到0.05V≤Vp-p≤20V；（6）增加扫描速度挡
位，被测信号频率可达到10Hz≤f≤5MHz；（7）数字信号发生器循环输出4路数字信号，其波特率为10Mb/s，码长为16位，码型有加计数、减计数两种固定码型；（8）在示波器同一液晶屏上显示输出信号的码型示意波形；（9）信号发生器的码率可变(10Mb/s，20Mb/s，30Mb/s)，通过键盘能任意设置码型，并输出相应波特率和码型的4路数字信号。
虽然该设计只用了STM32F103ZE的小部分资源，也只是基本完成试题的要求，但STM32F103ZE功能强大，相信随着学习的深入，经验的丰富，该设计必然可达到完美的地步。
7 参考资料
1、CPU的型号、引脚、封装等详细资料，参考《STM32F103ZE数据手册.pdf》（ST官方发布的数据手册）
2、CPU内部资源的详细介绍，参考《STM32_RM_CH_V10_1.pdf》（ST官方发布的参考手册）
3、CPU库函数的详细使用方法，参考《stm32f10x_stdperiph_lib_um.chm》
4、u/COS-II相关函数的详细使用方法，参考《uCOS-II用户手册.chm》
* 声明 鼎阳科技有限公司,版权所有。 未经本公司同意,不得以任何形式或手段复制、摘抄、翻译本手册的内容。 ⅠSDS1000系列数字存储示波器简介 SDS1000 系列数字示波器体积小巧、操作灵活；采用彩色TFT-LCD及弹出式菜单显示，实现了它的易用性，大大提高了用户的工作效率。此外，SDS1000 系列性能优异、功能强大、价格实惠。具有较高的性价比。SDS1000 实时采样率最高 2GSa/s 、存储深度最高 2Mpts, 完全满足捕捉速度快、复杂信号的市场需求；支持USB设备存储，用户还可通过U盘或LAN 口对软件进行升级，最大程度地满足了用户的需求；所有型号产品都支持PictBridge 直接打印，满足最广泛的打印需求。 SDS1000系列有二十一种型号： [ SDS1000C系列 ]: SDS1102C、SDS1062C、SDS1042C、SDS1022C [ SDS1000D系列 ]:SDS1102D、SDS1062D、SDS1042D、SDS1022D [ SDS1000CM系列 ]: SDS1152CM、SDS1102CM、SDS1062CM [ SDS1000CE系列 ]: SDS1302CE、SDS1202CE、SDS1102CE、SDS1062CE [ SDS1000CF系列 ]: SDS1304CF、SDS1204CF、SDS1104CF、SDS1064CF [ SDS1000CN系列 ]:SDS1202CN、SDS1102CN ●超薄外观设计、体积小巧、桌面空间占用少、携带更方便 ●彩色TFT-LCD显示，波形显示更清晰、稳定 ●丰富的触发功能：边沿、脉冲、视频、斜率、交替 ●独特的数字滤波与波形录制功能 ●Pass/Fail功能，可对模板信号进行定制 ●3种光标模式、32 种自动测量种类
简易混合信号示波器 摘要：本设计以STM32F103ZE为核心处理器件，综合ADC、DMA、DAC、TIM 等，完成对信号的整形与触发、调理与放大、采样与保持、A/D、D/A转换、存储及数据处理，最终通过TFT液晶屏幕实现对模拟信号以及数字信号波形的显示。对整个系统采用模块化的设计思想，本文详细介绍了电源模块、DDS信号发生模块、信号处理模块、按键模块、STM32F103ZE控制运算模块、液晶显示模块电路以及系统扩展所需的其它一些外围电路的设计，软件方面则以硬件电路为基础，并考虑到可能存在的各种干扰因素，采用软硬件相结合的方法，提高系统的稳定性和精确度。 关键词：示波器，STM32F103ZE，DDS信号发生
目录 摘要 (1) 目录 (2) 引言 (3) 1 方案设计 (3) 1.1 控制系统方案的比较 (3) 1.2 理论分析与计算 (3) 1.3 系统结构框图 (4) 1.4 电源模块 (4) 1.5 信号产生模块 (5) 1.6 信号处理模块 (7) 1.7 按键模块 (7) 1.8 显示模块 (8) 2 软件设计 (9) 2.1 开发环境 (9) 2.2 软件流程图 (9) 3 设计实现 (9) 3.1 出现的问题以及解决方法 (9) 4 测试 (10) 4.1 测试仪器 (10) 4.2 测试过程 (10) 4.3 测试结果 (10) 5 结论 (10) 6 参考资料 (11)
1 引言 如今示波器就好比电子开发者的眼睛，每个电子开发者都希望能拥有一台示波器，可以帮助他们看是波形的实际情况，了解电路性能。题目要求设计并制作一台简易混合信号示波器（MSO），本次设计采用由电源模块、DDS信号发生模块、信号处理模块、按键模块、STM32F103ZE控制运算模块以及液晶显示模块组成的一个完整系统，结合软件完成一系列的功能，相比如今市场上的示波器，具有携带方便、操作简单、制作成本低、处理速度更快的特点。 2 方案设计 2.1 控制系统方案的比较 方案一：采用单片机作为核心控制器件。即由单片机、A/D转换器、D/A转换器及RAM存储器等组成系统。若采用该方案，则单片机不仅要对数据进行处理，而且还要完成复杂的时序控制，但单片机对数据的处理速度较低，并且试题要求的被测信号频率最高达到500KHz(发挥部分5MHz)，因此该方案难以达到设计要求，不予选取。 方案二：采用DSP为核心处理器件。即由DSP来控制各个部分协调工作，完成对数据的采集到最终波形的显示，但考虑到DSP造价高于ARM，并且对小信号的采集，如果用DSP芯片会有很多的限制，给设计增加难度，因此不予选取。 方案三：采用STM32F103ZE作为核心控制器件，即用其来控制数据采集、A/D 转换、数据存储、D/A转换及显示等各个部分。STM32F103ZE功能强大，采用这种方案的系统结构紧凑，可以实现复杂的时序控制，操作方便，而且数据处理速度很快，可以满足试题的所有要求。此外，还可充分利用STM32F103ZE片内资源来进行LPM参数化宏模块的定制，如RAM、ROM、PLL等，实现更多的功能。故本次选用方案三。 2.2 理论分析与计算 （1）等效采样分析 由于周期信号在各周期内的波形完全相同，可以在各周期内的不同时刻分别采集数据，然后将采集的数据合成完整的采样波形。设第一次的采样时刻为周期原点，第二个周期到来后延时Δt后再进行第二次采样，第三次采样则是在第三个周期到来后再延时2Δt的时刻，以此类推。将采集到的数据以间隔Δt顺序排列（如图1所示），即可恢复信号波形。等效采样速率fs=1/Δt，而实际的采样频率fs′=1/(T+Δt)，由于Δt<
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
示波器基础使用说明和功能详细讲解 2009/7/30/10:56 来源：慧聪教育网 【慧聪教育网】示波器基础使用说明和功能 说明和功能 我们可以把示波器简单地看成是具有图形显示的电压表。 普通的电压表是在其度盘上移动的指针或者数字显示来给出信号电压的测 量读数。而示波器则与共不同。示波器具有屏幕，它能在屏幕上以图形的方式显示信号电压随时间的变化，即波形。 示波器和电压表之间的主要区别是： 1.电压表可以给出祥测信号的数值，这通常是有效值即RMS值。但是电压表不能给出有关信号形状的信息。有的电压表也能测量信号的峰值电压和频率。然而，示波器则能以图形的方式显示信号随时间变化的历史情况。 2.电压表通常只能对一个信号进行测量，而示波器则能同时显示两个或多个信号。 显示系统 示波器的显示器件是阴极射线管，缩写为CRT，见图1。阴极射线管的基础是一个能产生电子的系统，称为电子枪。电子枪向屏幕发射电子。电子枪发射的电子经聚焦形成电子束，并打在屏幕中心的一点上。屏幕的内表面涂有荧光物质，这样电子束打中的点就发出光来。 图1阴极射线管图 电子在从电子枪到屏幕的途中要经过偏转系统。在偏转系统上施加电压就可以使光点在屏幕上移动。偏转系统由水平（X）偏转板和垂直（Y）偏转板组成。这种偏转方式称为静电偏转。 在屏幕的内表面用刻划或腐蚀的方法作出许多水平和垂直的直线形成网络，称为标尺。标尺通常在垂直方向有8个，水平方向有10个，每个格为1cm。有的标尺线又进一步分成小格，并且还有标明0％和100％的特别线。这些特别的线和标明10％和90％的标尺配合使用以进行上升时间的测量。我们后面会讨论这个问题。 如上所述，受到电子轰击后，CRT上的荧光物质就会发光。当电子束移开后，荧光物质在一个短的时间内还会继续发光。这个时间称为余辉时间。余辉时间的长短随荧光物质的不同而变化。最常用的荧光物质是P31，其余辉时间小于一毫
主题TOPIC —————————————————————————————————TITLE：使用泰克MSO4000示波器测试与分析CAN总线信号 OBJET ：介绍了泰克MSO4000系列示波器在CAN网测试中的若干应用
目录 1目的 (3) 2适用范围 (3) 3参考文件 (3) 4历史 (3) 5泰克MSO4000示波器简介 (4) 6利用MSO4000示波器对CAN LS信号进行采集和解码 (4) 6.1 对示波器进行设置 (4) 6.2 监测CAN LS网络上的CAN_H和CAN_L电平信号 (5) 6.3 技术规范对CAN LS信号电平值的规定 (8) 6.4 监测CAN LS网络的总线解码信号 (9) 7利用MSO4000示波器对CAN HS信号进行采集和解码 (10) 7.1 对示波器进行设置 (10) 7.2 监测CAN HS网络上的CAN_H和CAN_L电平信号 (10) 7.3 技术规范对CAN HS信号电平值的规定 (11) 7.4 监测CAN HS网络的总线解码信号 (11) 8使用泰克“e﹡Scope”功能对示波器进行远程操作 (12) 9使用Open Choice软件自动获取示波器屏幕截图 (13) 10使用SignalExpress TE软件实现自动化测试 (15) 2 of Page 19
1 目的 CAN网络信号的测试包括总新电平信号的采集、电压值的测量、信号解码分析、总线通讯状态监测等内容，这部分内容也是构成CAN网络底层测试的基础，测试结果的正确与否，直接关系到整车电器架构的稳定性与电控单元功能的完好性，因此如何便捷高效地完成CAN网络的测试，已经成为整车验证环节中不可回避的一个话题。本文中提出了一套使用泰克MSO4000系列示波器与配套的LabVIEW SignalExpress TE软件进行CAN总线信号测试与分析的方法，从而完成整车高速、低速CAN网络信号的分析与测试工作。通过“示波器+PC软件”的方式，测试人员可以方便快捷地对总线信号进行实时监测，也可以使用示波器的解码功能直接观测到对应的逻辑信号。在使用附属的SignalExpress TE软件后，还可以实现远程测试、自动化测试等功能，与其它测试和分析方法相比，具有入门简单、适用范围广、数据采集精度高等优点，大大提高了基于CAN总线技术的电控单元的开发与测试效率。 2 适用范围 供新车型项目中进行CAN网底层测试时参考使用。 3 参考文件 4 历史
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
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
目录 Agilent DSO9404A示波器使用说明 ................................................................错误!未定义书签。一．面板常用按键及旋钮功能说明........................................................错误!未定义书签。 1.面板旋钮功能说明.................................................................................错误!未定义书签。 2.面板按钮功能说明.................................................................................错误!未定义书签。二．测试探头说明、选择及使用............................................................错误!未定义书签。 1.测试探头说明及选择.............................................................................错误!未定义书签。 :1测试探头检测方法................................................................................错误!未定义书签。 :1测试探头应用（测试读取SN时SDA与SCL的波形） .....................错误!未定义书签。 4.电流探头校准.........................................................................................错误!未定义书签。 5.使用电流探头测试冲击电流.................................................................错误!未定义书签。三．各通道测试参数设置........................................................................错误!未定义书签。 1.设置步骤.................................................................................................错误!未定义书签。 2.设置参数说明（Impedance、Coupling）.............................................错误!未定义书签。四．Trigger Setup......................................................................................错误!未定义书签。 1.设置步骤.................................................................................................错误!未定义书签。 2.设置参数说明（Sweep、Source、Level）...........................................错误!未定义书签。五．参数测量说明及方法........................................................................错误!未定义书签。 1.光标调出步骤.........................................................................................错误!未定义书签。 2.光标手动测量说明.................................................................................错误!未定义书签。 3.光标自动测量说明.................................................................................错误!未定义书签。六．高速信号及光信号的测试................................................................错误!未定义书签。 1.参数设置.................................................................................................错误!未定义书签。 2.测试方法.................................................................................................错误!未定义书签。七．波形存储及打开................................................................................错误!未定义书签。 1.存储图像.................................................................................................错误!未定义书签。 2.存储波形.................................................................................................错误!未定义书签。 3.打开波形.................................................................................................错误!未定义书签。 4.清除打开的波形.....................................................................................错误!未定义书签。八．示波器的维护及保养........................................................................错误!未定义书签。附件（Agilent 9000系列示波器技术资料）..................................................错误!未定义书签。附件（RIGOL DS6000系列数字示波器用户手册） .......................................错误!未定义书签。
题目：基于STC单片机虚拟简易示波器的设计
目录 1．实验目的及意义 (1) 2. 试验内容及方案论证 (1) 3.系统工作原理 (2) 4.硬件电路设计 (2) 5.系统软件设计 (4) 5.1下位机设计 (4) 5.2 上位机设计 (8) 6.系统调试 (10) 6.1硬件调试 (10) 6.2 软件调试 (10) 6.3 软硬联调 (11) 7.实验结果与误差分析 (11) 8.实验小结及体会 (12) 参考文献： (13)
1．实验目的及意义 （1）学会利用AT89C5X系列单片机控制AD7862实现模拟的电压的采集； （2）学会利用串口与PC机进行通信将测量数据发送给PC机，在PC机上利用Visual C++ 6.0编写上位机界面，并显示数据与波形； （3）通过应用Altium Designer 6软件掌握电路板的原理图绘制及pcb板的生成； （4）学会利用Keil uVision4软件编写并调试单片机的下位机程序，利用Keil uVision4与wave6000软件结合，对硬件电路采集来的数据进行分析。 2. 试验内容及方案论证 在实际应用中，经常会遇到一些突发信号，需要对其进行高速采集，这种情况下采用高速的A/D自然成为首选。AD7862是AD公司推出的一个高速，低功耗，双12位的A/D转换，单+5V供电,功率为60mW。它包含两个4us的延时的ADC,两个锁存器，一个内部的+2.5V参考电压和一个高速并行输出端口。有四个模拟输入通道，分为两组，由A0选择。每一组通道有两个输入(VA1 & VA2 or VB1 & VB2)，它们能同时的被采样和转化，保存相对的信号信息。它可以接受+10v的输入电压范围（AD7862-10），+2.5(AD7862-3)和0-2.5v（AD7862-2）。对模拟电压输入，具有过电保护功能，相对地，允许输入电压到达+17v，+7v，+7v，而不会造成损害，本实验选用AD7862-10。其具有以下主要特点： 1、4通道模拟输入，2路同时转换（内置2个可同时工作的12位集成AD 转换器）； 2、4us转换时间，250ksps采样速率； 3、可选模拟量输入±10V(AD7862-10)； 4、高速12位并行总线输出； 5、内部提供+2.5V参考电压或者由外部提供参考电压;； 6、单一电源工作。 本实验采用的微处理器是STC89C52RC单片机。STC89C52RC单片机使用方便，它与AT89S52单片机具有相同的内核，内部有256 Bytes片内RAM、8K Flash ROM,支持串口下载，易于在线编程调试，故采用这种单片机来做处理器。
混合信号示波器 摘要：本设计以STM32F103ZE为核心处理器件，综合ADC、DMA、DAC、TIM 等，完成对信号的整形与触发、调理与放大、采样与保持、A/D、D/A转换、存储及数据处理，最终通过TFT液晶屏幕实现对模拟信号以及数字信号波形的显示。对整个系统采用模块化的设计思想，本文详细介绍了电源模块、DDS信号发生模块、信号处理模块、按键模块、STM32F103ZE控制运算模块、液晶显示模块电路以及系统扩展所需的其它一些外围电路的设计，软件方面则以硬件电路为基础，并考虑到可能存在的各种干扰因素，采用软硬件相结合的方法，提高系统的稳定性和精确度。 关键词：示波器，STM32F103ZE，DDS信号发生
目录 摘要 (1) 目录 (2) 引言 (3) 1 方案设计 (3) 1.1 控制系统方案的比较 (3) 1.2 理论分析与计算 (3) 1.3 系统结构框图 (4) 1.4 电源模块 (4) 1.5 信号产生模块 (5) 1.6 信号处理模块 (6) 1.7 按键模块 (7) 1.8 显示模块 (8) 2 软件设计 (8) 2.1 开发环境 (8) 2.2 软件流程图 (8) 3 设计实现 (9) 3.1 出现的问题以及解决方法 (9) 4 测试 (9) 4.1 测试仪器 (9) 4.2 测试过程 (10) 4.3 测试结果 (10) 5 结论 (10) 6 参考资料 (11)
1 引言 如今示波器就好比电子开发者的眼睛，每个电子开发者都希望能拥有一台示波器，可以帮助他们看是波形的实际情况，了解电路性能。题目要求设计并制作一台简易混合信号示波器（MSO），本次设计采用由电源模块、DDS信号发生模块、信号处理模块、按键模块、STM32F103ZE控制运算模块以及液晶显示模块组成的一个完整系统，结合软件完成一系列的功能，相比如今市场上的示波器，具有携带方便、操作简单、制作成本低、处理速度更快的特点。 2 方案设计 2.1 控制系统方案的比较 方案一：采用单片机作为核心控制器件。即由单片机、A/D转换器、D/A转换器及RAM存储器等组成系统。若采用该方案，则单片机不仅要对数据进行处理，而且还要完成复杂的时序控制，但单片机对数据的处理速度较低，并且试题要求的被测信号频率最高达到500KHz(发挥部分5MHz)，因此该方案难以达到设计要求，不予选取。 方案二：采用DSP为核心处理器件。即由DSP来控制各个部分协调工作，完成对数据的采集到最终波形的显示，但考虑到DSP造价高于ARM，并且对小信号的采集，如果用DSP芯片会有很多的限制，给设计增加难度，因此不予选取。 方案三：采用STM32F103ZE作为核心控制器件，即用其来控制数据采集、A/D 转换、数据存储、D/A转换及显示等各个部分。STM32F103ZE功能强大，采用这种方案的系统结构紧凑，可以实现复杂的时序控制，操作方便，而且数据处理速度很快，可以满足试题的所有要求。此外，还可充分利用STM32F103ZE片内资源来进行LPM参数化宏模块的定制，如RAM、ROM、PLL等，实现更多的功能。故本次选用方案三。 2.2 理论分析与计算 （1）等效采样分析 由于周期信号在各周期内的波形完全相同，可以在各周期内的不同时刻分别采集数据，然后将采集的数据合成完整的采样波形。设第一次的采样时刻为周期原点，第二个周期到来后延时Δt后再进行第二次采样，第三次采样则是在第三个周期到来后再延时2Δt的时刻，以此类推。将采集到的数据以间隔Δt顺序排列（如图1所示），即可恢复信号波形。等效采样速率fs=1/Δt，而实际的采样频率fs′=1/(T+Δt)，由于Δt<
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)
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)
课程设计报告 课程名称综合电子设计 题目简易数字示波器 指导教师 起止日期 系别自动化 专业自动控制 学生姓名 班级/学号 成绩
摘要 本系统由CPLD，单片机控制模块，键盘，LED，幅度控制模块，低通滤波模块组成，采用当前主流DDS 技术完成，能产生从1HZ-260KHZ 正弦波，方波，三角波以及这三种同频率波的线性组合，失真度限制在6%之内。 一、功能介绍 1. 具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的性能。 2. 用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形。 3. 输出波形频率范围为1Hz~200kHz（非正弦波频率按10 次谐波计算；重复频率可调，频率步进间隔1Hz。） 4. 输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进为0.1V（峰-峰值）。 5. 具有显示输出波形种类、重复频率（周期）和幅度的功能。 6. 增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3％（负载变化范围：100Ω~∞）。 二、方案论证与比较 常见信号源的制作方法有： 方案一：采用锁相式频率合成。将一个高稳定度和高精确度的标准频率经过加减乘除的运算产生同样稳定度的大量离散频率技术，它在一定程度上既要频率稳定精确，又要频率在很大范围内可变的矛盾。但频率受VCO 可变频率范围的影响，高低频率比不可能做的很高，而且只能产生方波和正弦波。 方案二：采用模拟奋力元件或单片压控函数发生器MAX0832，可产生正弦波，方波，三角波，通过调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，不能实现波形运算输出等智能化的功能。 方案三：采用DDFS，即直接数字频率合成技术，以Nyquist 时域采样原理为基础，在时域中进行频率合成，它可以快速转换频率，频率，相位，幅度都可以实现程控，便于单片机控制，所以，本系统采用此方案。 三、系统设计 系统总体设计方框图：
实验常用电子仪器的使用 一、实验目的 1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器等的主要性能及正确使用方法。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法 二、实验仪器 1、函数信号发生器EE1641C 2、DS1062E-EDU数字示波器 3、高级电路实验箱 三、实验原理 初步了解示波器面板和用户界面 1. 前面板:DS1000E-EDU系列数字示波器向用户提供简单而功能明晰的前面板, 以进行基本的操作。面板上包括旋钮和功能按键。旋钮的功能与其它示波器类似。显示屏右侧的一列 5 个灰色按键为菜单操作键(自上而下定义为 1 号至 5 号)。通过它们,您可以设置当前菜单的不同选项;其它按键为功能键,通过它们,您可以进入不同的功能菜单或直接获得特定的功能应用。
电压参数的自动测量 DS1000E-EDU, DS1000D-EDU 系列数字示波器可自动测量的电压参数包括峰峰值、最大值、最小值、平均值、均方根值、顶端值、低端值。下图表述了各个电压参数的物理意义。 电压参数示意图 峰峰值(Vpp):波形最高点至最低点的电压值。 最大值(Vmax):波形最高点至 GND(地)的电压值。 最小值(Vmin):波形最低点至 GND(地)的电压值。 幅值(Vamp):波形顶端至底端的电压值。 顶端值(Vtop):波形平顶至 GND(地)的电压值。
底端值(Vbase):波形平底至 GND(地)的电压值。 过冲(Overshoot):波形最大值与顶端值之差与幅值的比值。 预冲(Preshoot):波形最小值与底端值之差与幅值的比值。 平均值(Average):单位时间内信号的平均幅值。 均方根值(Vrms):即有效值。依据交流信号在单位时间内所换算产生的能量,对应于产生等值能量的直流电压,即均方根值。 2、函数信号发生器 函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20VP －P。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮，可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。 函数信号发生器作为信号源，它的输出端不允许短路。 例一:测量简单信号 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) 将探头菜单衰减系数设定为1X,并将探头上的开关设定为1X。 (2) 将通道1的探头连接到电路被测点。
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)