数字信号采集回放系统电路设计
作者：李志海，潘红兵
来源：《科技传播》 2015年第19期
李志海，潘红兵
海军工程大学，湖北武汉 430032
摘要为了解决复杂数字电路板的故障诊断和维修测试问题，简化测试过程，本文设计了
一种能够进行数字信号采集和回放的系统电路。本电路以FPGA 为核心，以NANDFLASH 芯片为
存储载体，可实现72 路数字信号采集和回放测试，支持软件操作和数据读写，为解决数字电
路板维修和现场测试不便所带来的问题，发现电路板故障，提供了新的方式或途径。
关键词数字信号测试采集回放；FPGA ；NAND-FLASH ；USB
中图分类号 TN79 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）148-0127-02
在数字电路测试技术中，基于电压测量的检测技术是多年来研究的重点。该方法通过观察
正常电路和故障电路的输出响应来检测故障。它主要是针对固定型故障的，改进后的电压测试
方法也可以用于检测延时故障。该方法的优点是测试速度快，识别高低电平的精度要求不高[1]。在电压测量技术中，还有很多基于运算的测量方法[2]。但是，由于需要对电路做出较多的运算分析或仿真，随着电路信号数量不断增多，这种方法的便捷性和易用性往往会受到限制。
本文基于电压测量技术，设计了一种能够进行数字信号采集和回放的系统电路。本电路以FPGA 为核心，以NAND FLASH 芯片为存储载体，可实现72 路数字信号测试，并且每通道达到100Msps 的采集（回放）速度。
1 系统电路结构和功能设计
整个系统包含存储板、系统底板、USB2.0 接口控制板、回放驱动板、采集转接板等多个组成部分，能够实现72 路数字信号的同步采集和回放。系统结构示意图如下。
所有板卡均插装在系统底板上，通过数据及控制总线相连。系统中的存储板有9 块，每块
可存储8 路数字信号，可实现72 路信号的数据存储。每块存储板上有8 片8GB FLASH 芯片。系统总存储容量为576GB，按照100M 采样率，可采集或回放10 分钟以上，数据存取速度达
900MB/S。
在采集过程中，被测数字信号通过采集转接板转移到存储板；在回放过程中，存储板中的数据首先通过回放驱动板输出到被测数字电路。
1.1 FLASH 存储板设计
每块存储板上集成了8 片NAND FLASH 芯片，分别存储8 路数字信号，并通过FPGA 芯片实现接口控制和数据存取。
器件选型方面，采用了K9HCG08U1M 型号的NANDFLASH，该芯片支持最高40MB/S 的瞬间数据存取速率，容量8GB。
FPGA 方面采用了ALTERA 公司CYCLONE 3 系列芯片，型号为EP3C25Q240C8N. 该芯片有149 个可分配IO 引脚，内部RAM 资源达608256bits，含4 个锁相环，完全满足本设计需求[4]。
存储板通过VME32 插头与底板数据总线连接，插头内包含了采集、擦除、回放等控制线和8 路数字信号线。
1.2 系统底板设计
系统底板是其它板卡互连的基础，还提供电源转换、插板接口、开关控制和指示、系统时钟选择等功能。电源转换芯片组位于底板上侧，便于散热。提供系统电源。
中间部分是9 块FLASH 存储卡的VME 插座位，底端是数据总线接口，用于与USB 控制板和回放驱动板等进行连接。
右侧是开关控制电路和晶振电路。开关控制电路主要负责对来自USB 控制板的开关信号进行处理，并通过指示灯加以显示。晶振电路则可提供25MHz 和6.25MHz两种时钟，并在FPGA 内部进行4 倍频处理。在高速采集回放过程中，使用25MHz 时钟，可达到100MSPS 的采样率和同等回放速率。
1.3 USB 接口控制板设计
USB 接口控制板主要负责系统设备与上位机之间的数据交换，包括控制命令和采集回放数据的读写操作。电路板的接口主要有USB2.0 接口，数据及控制总线接口，回放引脚设置总线接口。本设计中，采用了CYPRESS 公司的USB2.0 芯片CY7C68013-128AC 作为USB 接口芯片。该芯片最高数据速率可达48MB/S。
1.4 采集转接板设计
它的功能是将被测数字电路板转接出来，使之保持正常工作，并对其引脚信号加强驱动，以便本系统设备进行采集。采集时，将转接口连接到待测设备的数字电路板所在位置，然后将数字电路板插在采集转接板中间的接口上，并使用排线与本系统面板的采集接口相连。此时启动待测设备，在其进入工作状态时启动采集。
1.5 回放驱动板设计
由于FLASH 存储卡的驱动能力较弱且没有信号方向选择，所以在回放时，必须经过驱动增强和引脚输入输出的方向选择，才能使被测数字电路板正常工作起来。本设计采用“FPGA+ 三态门”的方式，实现回放信号引脚方向选择和驱动。
USB Local Bus 通过FPGA 进行命令的接收和译码，并产生三态门控制信号。底板总线接
口提供所有72 路数字信号，经过三态门电路选择后，产生相应的驱动信号给被测数字电路板。
2 上位机软件设计
上位机软件主要负责USB 驱动程序的调用、通信协议的实现。系统电路的各种操作均可通
过上位机软件完成。其通信协议包括命令设置、数据帧的收发、返回状态判断等等。软件通过
协议控制进行采集和回放测试、数据的导入导出操作。“触发采集”用于设置触发采集模式下
的参数。
3 系统测试
为了验证本系统设备的各项性能，针对某型72 脚数字电路板进行了现场采集。该型电路
板的72 路信号除电源和地以外，均为数字信号，且最高工作频率为3MHz。
在采集过程中，观察被测设备和电路板是否仍能正常工作。采集结果表明，被测设备工作
不受影响，本系统工作正常，故障灯未亮，可完成10 分钟的采集过程。在采集结束后，进行
了回放测试，使用示波器对回放驱动板的信号进行了波形测试。测试结果表明，回放接口能够
完整再现采集到的数字信号。各通道回放信号之间的误差不超过10ns。
4 结论
目前市面上已有的数字信号测量工具，受限于采集速度、存储深度、可测通道数、现场易
用性、信号复现等诸多因素；另一方面，某些数字电路的维修不只是要做简单的波形测量，还
需要进行信号激励和驱动，并观察响应，以确认电路的工作是否正常。本文设计的系统电路以FPGA 和FLASH 为核心，可以完成信号记录和回放的功能，能够对数字信号较多的电路板维修
和故障定位发挥极大的辅助作用，也为数字信号测试技术提供了一种新的方式方法。
参考文献
[1]胡敏明.几种典型的数字电路测试技术[J].管理科学，2009.
[2]杨士充.数字系统的故障诊断与可靠性设计[M].北京：清华大学出版社，2000.
简易数字存储示波器设计 数字存储示波器是一款用于测量电信号的仪器，它可以将收集到的信号进行数字化处理，并将结果显示在屏幕上。本文将介绍一个简易的数字存储示波器的设计。 1. 设计目标 设计一个简易的数字存储示波器，使其能够接收并显示电信号的波形，并具备一定的存储功能。该示波器需要具备以下功能：能够调节触发电平、可以调节扫描速度、能够通过按钮进行保存和回放存储的波形。设计需要保证简易、易于操作、能够满足基本的测量需求。 2. 硬件设计 （1）电路板设计：设计一个电路板用于信号的采集和存储。 该电路板包括模拟前端电路用于信号的采集，数字转换电路将模拟信号转换为数字信号，以及存储器用于存储采集到的数据。（2）显示屏和按键：电路板上需要配备一个液晶显示屏，用 于显示采集到的波形图像。同时，设计按键用于调节触发电平、扫描速度以及保存和回放。 3. 软件设计 （1）数据采集：通过模拟前端电路采集信号，并使用数字转 换电路将模拟信号转换为数字信号。采用适当的采样率，将数据进行采样，并存储到存储器中。 （2）数据显示：通过显示屏将存储器中的数据显示为波形图像。根据采样率和扫描速度，将存储器中的数字信号转换为波形，并在屏幕上显示。
（3）触发控制：通过按键调节触发电平，设置触发条件，使 得波形显示能够达到最佳效果。设计合适的触发电路用于触发信号。 （4）数据存储和回放：设计按键和存储器用于保存和回放采 集到的波形。按下保存键后，将当前的波形数据保存到存储器中，按下回放键后，将存储器中的波形数据重新显示在屏幕上。 4. 使用方法 使用该简易数字存储示波器，首先将信号源连接到示波器的输入端，然后通过按键进行触发电平的调节和扫描速度的设置。在适当的触发条件下，示波器将开始采集并显示信号的波形。当波形满足要求后，可以通过按键将波形数据保存到存储器中。保存后的波形可以通过按键进行回放，重新显示在屏幕上。 5. 总结 通过以上的设计和实现，可以得到一个简易的数字存储示波器。该示波器具备了基本的测量功能，能够采集和显示电信号的波形，并且能够保存和回放采集到的数据。本设计的示波器体积小巧，操作简单，适合学习和基本测量使用。当然，这仅仅是一个简易的设计，如果需要更高级的功能，还需要更为复杂的电路和软件设计。6. 具体实现 为了实现数字存储示波器的基本功能，需要采取多个措施来完成。 6.1 模拟前端电路设计 模拟前端电路是示波器的核心，它负责将输入信号进行放大和滤波，以保证信号的准确采集。一般情况下，模拟前端电路由
怀化学院本科毕业论文(设计)任务书论文题目波形采集、存储与回放系统（硬件设计） 学生姓名黄津毅系别物理与信息工程系专业电子信息科学与技术指导老师姓名张仁民职称讲师 题目来源1.科学技术□ 2.生产实践□ 3.社会经济□4.自拟□ 5.其他√ 毕业论文（设计）内容要求： 设计并制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图1所示。该系统能同时采集两周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上。 图1 系统示意图 主要参考资料: [1] 马明建，周长城.数据采集于处理技术.第二版.西安：西安电子科技大学出版社，2005. [2] 周浩敏.信号处理技术基础.第一版.北京：北京航空航天大学出版社，2001. [3] PICMG 2.0 R3.0 CompactPCI Specification October 1，1999. [4] 杨跃江.3U_导冷VPX信号采集、处理系统解决方案.深圳：研祥智能科技股份有限 公司，2011. [5] Xilinx 7 Series FPGAS : Breakthrough Power and Performance, Dramatically Reduced development Time 毕业论文（设计）工作计划： 进度安排工作内容 2011年10月15日-2011年11月25日文献资料查阅 2011年11月26日-2012年01月15日方案论证与系统方案仿真 2012年01月16日-2012年02月16日硬件电路的设计 2012年02月17日-2012年03月20日单元模块电路调试 2012年03月21日-2012年05月10日联调与毕业论文的撰写 接收任务日期2012 年10月15日要求完成任务日期2012 年05 月10日 学生（签名）年月日 指导教师（签名）年月日 系主任（签名）年月日 说明：本表为学生毕业论文（设计）指导性文件，由指导教师填写，一式两份，一份交系（部）存档备查，一份发给学生。
数字化语音存储与回放系统 高海春, 任开达, 孔德峰, 徐和杰, 李文瑜 (华东船舶工业学院电子与信息系, 江苏镇江212003) 摘要: 设计并制作了一个数字化语音存储与回放系统,由于采用了滑动平均值滤波法进行数字滤波及非失真压缩算法, 该系统获得了稳定的性能。 关键词: 语音; 单片机应用; 回放系统 0 引言 传统的磁带语音录放系统因其体积大、使用不便,在电子与信息处理的使用中受到许多限制。本文提出的体积小巧,功耗低的数字化语音存储与回放系统将完全可以替代它。数字化语音存储与回放系统的基本原理是对语音的录音与放音的数字控制。其中,关键技术在于:为了增加语音存储时间,提高存储器的利用率,采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储,而在回放时再进行解压缩;同时,对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰,从而确保了语音回放的可 靠质量。 1 基本原理 1) 语音采集原理 人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz～20 000 Hz ,而一般语音频率最高为3 400 Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”, 采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍[1 ] ,由于语音信号频率为300～3 400 Hz ,所以把语音采集的采样 频率定为8 kHz。 2) 语音生成原理 单片机语音生成过程,可以看成是语音采集过程的逆过程,但又不是原封不动地恢复原来的语音,而是对原来语音的可控制、可重组的实时恢复。在放音时,只要依原先的采样值经D/ A 接口处理,便可使原音重现。 2 硬件设计 2. 1 单片机系统控制电路 本系统主要由8031 、ADC0808 、DAC0832 、8255及RAM62256组成,其中ADC0808 、DAC0832及8255的片选信号由8031 的高位地址经74LS138 译码所得。在电路中利用8255 进行数字存储器的扩展,其中PB ,PC 用于扩展地址,PA 用于扩展数据。 2. 2 A/ D 电路 A/ D 电路由模拟语音信号处理电路及A/ D 转换电路组成。其工作原理如图1 。 图1 A/ D 电路 整个模拟语音信号输入处理电路,包括:前置放大器、带通滤波器及电平范围调整电路。一般麦克风输出电平为几十毫伏,经增益约为46 dB 的前置放大器A 1 放大至1 V 左右的范围,以便推动后级电路。带通滤波器的通带为300～3 4 00 Hz ,系统的采样频率定为8 kHz ,即每秒钟采样8 000 点语音数据,每一点数据以一个字节表示电平范围调整电路是将原先双极性的语音信号转换到0～5V 的范围,以满足ADC0808 对接口信号的要求。 2. 3 D/ A 电路 图2 为D/ A 转换的工作原理图。D/ A 芯片DAC0832 是8 位双极性电流驱动的数模转换器。 图2 D/ A 转换器 由于所要转换输出的信号为语音信号,其本身是双极性的信号,因此对杂音的处理尤其重要。在无信号输出时,希望其输出对地是零电位,因此应用两组运算放大器作为电流到电压的转换器,完成双极性控制的目的。数字信号经D/ A 转换、双极性电流至电压变换后已成为模拟语音信号,经带通滤波器再送往音频功率放大器,做适当的功率提升而推动喇叭。214 带通滤波器设计 为了滤除不必要的干扰及杂波,系统前向通道和后向通道中各设计了一个通带为300 Hz ～3 400 Hz 的带通滤波器。此带通滤波器由一个低通滤波器和一个高通滤波器串联而成。其中低通滤波器上限频率为3 400 Hz ,高通滤波器下限频率为300 Hz ,电路如图3 所示,其中A 1 构成低通滤波器,A 2 构成高通滤波器。如选R1 = R2 , C1 = C2 ,R5 = R6 , C3 = C4 ,则有: f H = 1/ (2πR1 C1) 、f L = 1/ (2πR5 C3) ,故很易选定各参数值[2 ] 。
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计毕业设计 摘要： 本篇设计主要以STM32单片机为核心，设计了一个多路数据采集系统。该系统能够实现多路模拟量和数字量信号的采集和显示，并通过串口与上 位机进行通信，实现数据上传和控制。设计中使用了STM32单片机的AD 转换功能实现模拟量信号的采集，使用GPIO口实现数字量信号的采集， 通过串口与上位机进行通信。经过实验验证，该系统能够稳定地采集多路 数据，并实现远程数据传输和控制功能，具有较高的可靠性和实用性。 关键词：STM32单片机，数据采集，模拟量信号，数字量信号，上位 机通信 一、引言 随着科技的发展，数据采集系统在工业控制、环境监测、生物医学等 领域得到了广泛的应用。数据采集系统可以将现实世界中的模拟量信号和 数字量信号转换为数字信号，并进行处理和存储。针对这一需求，本文设 计了一个基于STM32单片机的多路数据采集系统。 二、设计思路 本系统的设计思路是通过STM32单片机实现多路模拟量和数字量信号 的采集和显示，并通过串口与上位机进行通信，实现数据上传和控制。该 系统采用了模块化设计方法，将系统分为采集模块、显示模块和通信模块。 1.采集模块
采集模块通过STM32单片机的AD转换功能实现模拟量信号的采集， 通过GPIO口实现数字量信号的采集。通过在程序中设置采样频率和采样 精度，可以对不同类型的信号进行稳定和准确的采集。 2.显示模块 显示模块通过LCD显示屏显示采集到的数据。通过程序设计，可以实 现数据的实时显示和曲线绘制，使得用户可以直观地观察到采集数据的变化。 3.通信模块 通信模块通过串口与上位机进行通信。上位机通过串口发送控制命令 给STM32单片机，实现对系统的远程控制。同时，STM32单片机可以将采 集到的数据通过串口发送给上位机，实现数据的远程传输。 三、实验结果与分析 通过实验验证，本系统能够稳定地采集多路模拟量和数字量信号，并 通过串口与上位机进行通信。系统能够将采集到的数据实时显示在LCD屏 幕上，并通过串口传输给上位机。上位机可以根据接收到的数据进行控制，并可以将命令发送给STM32单片机，实现系统的远程控制。 四、总结和展望 本文基于STM32单片机设计了一个多路数据采集系统，并验证了系统 的可行性和稳定性。但是，在实际应用中还存在一些问题，例如数据传输 速度较慢、数据处理能力有限等。未来可以继续改进系统的性能，提高数 据传输速度和处理能力，使其更加适用于不同领域的数据采集需求。
引言 随着中国机器人产业的迅猛发展,据预测到2010年,市场容量将超过93.1亿人民币。智能移动机器人是在室外环境中，将视频图像采集回来之后，按照预先给定的目标任务，结合已知的地理信息做出路径规划，在行驶的过程中能够不断感知和判断周围的环境信息，自主地做出各种决策，随时调整自身的行驶状态并执行相应的动作和操作[1]。在这个过程中，视频采集质量的好坏将直接影响整个系统的运行，是进行后续数字图像处理的前提条件。因此，必须有高性能的硬件设备和高质量的算法作为基础,实时视频采集才成为可能。本文设计并实现了基于FPGA的嵌入式实时视频采集系统。该系统体积小，功耗低，速度快，适应性好，能够满足智能移动机器人视频信号处理系统的需求。 2 系统基本原理 图1为系统工作原理框图，整个系统所需各种芯片的电路连接如下图所示，由CCD摄像头输出模拟视频信号，经过视频解码芯片SAA7111A进行视频预处理(钳位、放大、A/D转换、同步分离等)后输出图像数字信号IPD、行同步信号HREF、场同步信号VREF、奇偶场标志信号RST0和13.5MH像素时钟信号LLC2去驱动FPGA，从而产生正确的图像采集时序和存储地址，并将采集的图像存储到双口RAM中。整个系统由视频采集控制和帧存读写控制两个核心模块组成，它们的功能都由FPGA来实现。双口RAM分为帧存A和帧存B两个存储区域，实现乒乓式的读写操作，能够完成图像的实时采集。SAA7111A的配置程序和FPGA采集控制程序存储在FLASH中，系统上电工作时加载。 图1 系统工作原理框图 3 图像采集系统的构成 3.1视频信号
视频信号中除了包含图像信号之外，还包括了行同步信号、行消隐信号、场同步信号(帧同步信号)、场消隐信号以及槽脉冲信号、前均衡脉冲、后均衡脉冲等。因而，对视频信号进行A/D转换的电路也非常复杂。Philips公司将这些非常复杂的视频A/D转换电路集成到了一块芯片内。从而生产出功能强大的视频输入处理芯片SAA7111A,为视频信号的数字化应用提供了极大的方便。 3.2 SAA7111A 性能及工作协议 SAA7111A是PHILIPS公司的一种增强型视频输入处理器芯片，它集A/D与解码功能于一身，片内还附有锁相、自动钳位控制、时钟自动增益产生、多制式解码等电路，另外还可对亮度、对比度和饱和度进行控制[2]。既支持PAL电视制式，又支持NTSC电视制式。SAA7111A内部含有I2C接口，可简洁的通过I2C 总线对SAA7111A的工作方式进行设定。SAA7111A的场同步信号VREF、行同步信号HREF、奇偶场信号RST0、像素时钟信号LLC2都由引脚直接引出，从而省去了以往时钟同步电路的设计，其可靠性和方便性有了很大的提高。 图2所示为SAA7111A的功能方框图。从SAA7111A的四个模拟输入端AI11,AI12, AI21, AI22输入的视频图像信号，经模拟处理后，一路经A/D转换器后产生数字色度信号和亮度信号，分别进行亮度信号处理和色度信号处理。亮度信号处理的结果一路送到色度信号处理器，进行综合处理，产生Y和UV信号，经格式化后从VPO(16位)输出;另一路进入同步分离器，经数字PLL产生相应的行和场同步信号HS和VS，同时PLL驱动时钟发生器，产生与HS锁定的时钟信号LLC和像素时钟信号LLC2。所有这些功能均是在I2C 总线控制下完成的，其中SCL为串行时钟信号，SDA为串行数据信号。 基金项目：中国博士后科学基金资助项目(2005038095);山西省自然科学基金资助项目(20051043);中北大学科学基金资助项目。
摘要 文章介绍了一种数字化语音存储与回放系统的设计方法，该系统以单片机89C52为中心，采用两片 AT628128存储芯片(128KB)构成256KB的外部存储器来存放采集的语音数据,前端语音信号采集部分采用ADC0809实现模数转换,后端语育信号回放部分采用ADC9764实现数模转换,通过键盘等接口电路实现人机交互，单片机工作在中断查询模式,能够快速响应按键要求,以控制系统的语音信号采集开始、存储和回放等。同时，外围电路辅以带通滤波器和放大器等电路对信号进行滤波放大,实现了语音信号的高保真度存储与回放。 关键词：单片机;语音存储;语音回放
目录 1前言 (4) 2系统总体方案设计 (5) 3语音信号的数字化 3.1语音信号的前端处理 (7) 3.2采样理论 (7) 3.2.1采样 (7) 3.2.2 量化 (8) 3.2.3 编码 (8) 3.3 A/D转换器的设计 (9) 3.3.1常见A/D转换器种 (9) 3.3.2系统设计对A/D转换器的要求 (10) 3.3.3模数转换芯片ADC0809简介 (10) 4语音信号的存储 4.1存储方案的选择 (12) 4.2 FIFO特点简介 (13) 4.3 扩展SRAM 仿真FIFO (13) 5语音信号的回放 5.1数模转换器设计 (14) 5. 1. 1 AD9764 .............................................................. 芯片简介14 5. 1. 2 ............................................................. AD9764芯片的工作原理15 6软件设计 (17)
数字化语音存储与回放系统报告 摘要： 本系统对语音信号采用时域处理方法中的数据采集直存直取的方法，完成了对语音信号3.75秒的存储与回放；前置手动增益控制将语音信号控制在A/D 转换器可处理的范围内以保证话音采样不失真；带通滤波器合理的通带范围有效地滤除了带外噪声，减小了混叠失真；通过后级滤波电路以及功放电路对输出的语音信号进行了后续处理，回放语音清晰；并有两个按键控制语音存储与回放功能，第二次录音将自动删除前一次录音。 关键词：直取直存 存储 回放 带通滤波 1方案设计与论证 本题目是设计制作一个数字化语音存储与回放系统。要求前置放大器的增益为46dB ，增益可调；带通滤波器，带宽为300Hz ～3.4kHz ；ADCkHz ，采样频率fs=8字长=8位；语音存储时间≥10秒；DAC 变换频率fc=8kHz ，字长=8位；且要求回放语音质量好（话音清晰、失真小、杂音少）。方案考虑如下。 1.1语音编码方案论证 语音是一维时间信号，由于是表示语言声音的信号，所以不是恒定的，信号 的性质随时间变化很大。为了充分利用有限的存储空间，并不失真地传送语音信号必须对采集后的语音信号进行进一步压缩，即语音压缩。所谓语音压缩，是为了声音信号更大信息量的传送与记忆而压缩数据，并有效地回放声音的过程。语音压缩可由将语音信号采集，并利用适当的量子化形式的压缩符号化或预测符号化等进行。 现代常用的语音信号表示方法如用生成模的参数表示声音时，参数的数据率为5K 比特/秒左右，与波形符号化相比，参数表现的数据率显著变低，若使用声音生成模，则以利用声音信号分析而得的模的参数为基础，可进行声音的再合成。在听觉上得到的与原声音没有多少不同的合成声音。参数的数据率为信号波形数 据率的101 以下， 所以可进行高效的声音数据压缩。 单从声音的存储与压缩率来考虑，生成模参数表示法明显优于信号波形表示法。但要将之应用于单片机，显然信号波形表示法相对简单易实现，具有很强的可行性。故方案的设计均从声音信号以波形存储来考虑。基于这种思路的算法，除了传统的一些脉冲编码调制外，目前已使用的有VQ 技术及一些变换编码和神经网络技术，但是算法复杂，目前的单片机速度低，难以实现。结合实际情况，提出了实时幅值采样的方案。
多路信号采集显示系统设计与实现 多路信号采集显示系统是一种用于采集和显示多路信号的系统。它广泛应用于工业控制、仪器仪表以及生物医学领域等。 一、系统设计 1. 系统结构设计 多路信号采集显示系统由采集模块、处理模块和显示模块三部分组成。采集模块负责采集多路信号，处理模块负责对采集到的信号进行处理，显示模块负责将处理后的信号以适当的方式显示出来。 2. 采集模块设计 采集模块主要包括信号采集器和传感器两部分。信号采集器是用来收集传感器采集到的模拟信号，并将其转换成数字信号。传感器负责将物理信号转换成模拟信号。 处理模块主要包括数据处理器和信号处理算法两部分。数据处理器负责对采集到的数字信号进行处理，如滤波、增益调整等。信号处理算法负责对处理后的信号进行进一步处理，如频谱分析、时域分析等。 显示模块主要包括显示器和图像处理器两部分。显示器负责将处理后的信号以图形、数字等形式显示出来。图像处理器负责对显示的信号进行处理，如色彩调整、图像放大等。 二、系统实现 1. 硬件选择 在多路信号采集显示系统的实现中，需要选择适合的硬件设备。采集模块可以选择具有高精度和高采样率的数据采集卡，显示模块可以选择高分辨率和大屏幕的显示器。 2. 软件开发 多路信号采集显示系统的软件开发主要包括采集模块、处理模块和显示模块的编程。采集模块的编程主要涉及数据采集、数据转换等。处理模块的编程主要涉及滤波、增益调整等。显示模块的编程主要涉及图形显示、数据处理等。 3. 系统测试
在系统实现完成后，需要对系统进行测试。测试主要包括系统的功能性测试和性能测试。功能性测试主要验证系统是否能够正确采集和显示多路信号。性能测试主要验证系统的采样率、分辨率等参数是否满足要求。 总结：多路信号采集显示系统是一种广泛应用于工业、仪器仪表等领域的系统。通过合理的系统设计和实现，可以实现对多路信号的高精度采集和显示。系统的硬件选择和软件开发是系统实现的重要环节，系统测试是保证系统性能的关键步骤。
信号采集电路工作原理 信号采集电路是一种用于将外部信号转换为数字信号的电路。它的工作原理是通过传感器将物理量转换为电信号，然后经过滤波、放大和模数转换等过程，将信号转换为数字形式，以便于数字系统的处理和分析。 信号采集电路的工作原理主要包括信号传感、信号调理和信号转换三个环节。 首先是信号传感环节。信号传感器是信号采集电路的核心组成部分，它的作用是将非电信号转换为电信号。常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光传感器等。传感器根据不同的物理量，采用不同的工作原理，将物理量转换为电信号输出。例如，温度传感器通过测量温度对电阻或电压的影响，将温度转换为电信号输出。 接下来是信号调理环节。信号调理是为了提高信号质量和适应数字系统要求而进行的处理过程。信号调理包括滤波、放大和增益调节等操作。滤波的目的是去除噪声和干扰，保留有效信号。放大是将传感器输出的微弱信号放大到适合后续处理的范围。增益调节是为了调整信号幅度，使其适应后续处理的要求。 最后是信号转换环节。信号转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。模数转换器（ADC）是信号转换的核心设备，它将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。ADC将模拟信号进行采样和量化，然
后通过编码将量化值转换为二进制数字信号。转换后的数字信号可以通过数字处理器进行处理和分析。 总结起来，信号采集电路的工作原理是通过信号传感、信号调理和信号转换等环节，将外部的非电信号转换为数字信号，以便于数字系统的处理和分析。这种电路的应用非常广泛，例如在工业自动化、医疗仪器、环境监测等领域都有重要的应用。信号采集电路的设计和优化对于保证数据准确性和系统性能至关重要，因此需要充分理解其工作原理，并根据实际应用需求进行合理设计。
多路信号采集显示系统设计与实现 一、引言 随着科技的不断发展，人们对信号采集显示系统的需求也日益增长。多路信号采集显 示系统是一种能够同时采集多种信号并进行显示的系统，广泛应用于工业控制、仪器仪表、环境监测等领域。本文将介绍多路信号采集显示系统的设计与实现，包括硬件和软件的设计，希望能够为相关领域的研究和开发提供一定的参考。 二、系统设计 1. 系统功能需求 多路信号采集显示系统主要具备以下功能需求： （1）多通道信号采集功能：能够同时采集多路模拟信号，并实时转换为数字信号。 （2）数据存储功能：能够将采集到的数据进行存储，以便后续分析和处理。 （3）数据显示功能：能够实时显示采集到的数据，并提供用户界面操作。 （4）通信接口功能：能够与PC或其他设备进行通信，进行数据传输和控制。 2. 系统硬件设计 多路信号采集显示系统的硬件设计主要包括传感器、采集卡、显示屏等组成。 （1）传感器：根据不同的采集需求，选择合适的传感器，如温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。 （2）采集卡：选择合适的多通道模拟信号采集卡，能够满足采集多路信号的需求。采集卡通常包括A/D转换器、输入端口等。 （3）显示屏：选择合适的显示屏，能够实时显示采集到的数据，提供用户友好的操作界面。 三、系统实现 1. 硬件组装与连接 按照系统设计，选购合适的传感器、采集卡和显示屏，并进行硬件组装和连接。将传 感器与采集卡连接，采集卡与显示屏连接，确保硬件的正常工作。 2. 软件开发与编程
根据系统设计，开发相应的软件并进行编程。实现数据采集、数据存储、数据显示和通信接口功能，并进行软件测试和调试。 3. 系统调试与优化 将硬件和软件组装完毕后，进行系统调试和优化。测试系统的各项功能是否正常，是否满足设计要求，并对系统进行优化，提高系统的稳定性和性能。
单片机电压采样电路-回复 什么是单片机电压采样电路？ 单片机电压采样电路是一种用于采集和处理电压信号的电路，主要用于将外部电压输入转换为单片机可读取的数字信号。单片机电压采样电路的主要功能是将模拟电压信号转换为对应的数字量，以便单片机进行处理和判断。单片机电压采样电路在各种电子设备中广泛应用，例如温度监测、电池电压检测、传感器信号采集等。 单片机电压采样电路的构成 单片机电压采样电路通常由以下几个主要部分组成： 1. 电压输入端：用于接收外部电压信号的引脚或接口。 2. 采样电阻：用于限制电流，保护输入端，并将电压信号转换为与输入电压成正比的电压降。 3. 运放电路：用于放大和处理采样电阻输出的电压信号，以提供更高的输出电压。 4. ADC（模数转换器）：用于将模拟电压信号转换为数字量，以便单片机
进行处理。 步骤一：设计采样电阻 首先，根据电压采样电路的要求，选择合适的采样电阻的阻值。常用的电阻阻值有10KΩ、100KΩ、1MΩ等。这里的选择应根据采样信号的幅值和频率来确定。通常情况下，阻值越大，对信号源的影响越小，但也会引入更多的噪声。因此，需要根据实际情况进行权衡。 步骤二：设计运放电路 运放电路的设计主要考虑放大倍数、输入电阻、输出电阻以及电源电压等因素。放大倍数决定了输出信号的幅度，输入电阻决定了对应的输入电压范围，输出电阻影响了电压输出的稳定性，电源电压决定了运放的工作情况。 运放电路中常用的结构是非反馈运放电路，其中最常用的是差动放大器和非反馈放大器。差动放大器对输入信号进行放大，并提供差分输出，以提高信号的抗干扰能力。非反馈放大器则通过提供一个放大倍数确定的反馈电阻来放大输入信号。 步骤三：设计模数转换器
16通道声发射同步数据采集中的电路设计 在16通道声发射同步数据采集系统中，电路设计是核心技术之一。本文将着重介绍 16通道声发射同步数据采集中的电路设计，包括硬件电路和软件设计。 硬件电路设计 硬件电路设计主要包括信号采集电路、放大滤波电路、同步信号电路和控制电路四个 部分。 信号采集电路 信号采集电路用于接收来自发射器的音频信号。该电路应具备足够的输入阻抗和高通 滤波器。由于发射器输出的信号不稳定，为了避免电路干扰带来的噪声，输入阻抗应设为 高阻值，一般在几百K欧姆以上。同时，由于信号中存在低频噪声，应设计高通滤波器。 常见的高通滤波器有RC电路和运算放大器电路。 放大滤波电路 放大滤波电路主要用于将输入的音频信号放大，并滤除其它频率的信号。该电路应满 足音频信号的频率响应，同时应避免过度放大引起失真。一般采用多级的放大滤波电路， 其中核心是运算放大器电路。 同步信号电路用于控制ADC（模数转换器）的采样时钟，保证各通道的采样时刻保持一致。系统可以使用GPS信号或外部时钟信号作为同步信号源，也可以使用内部的基准时钟 信号提供同步。 控制电路 控制电路主要用于控制硬件电路的工作状态和保护电路，如atmega32u4微控制器、保险丝、电源管理电路等。 软件设计 软件设计主要包括DSP算法的实现和数据采集及处理的程序设计。 DSP算法的实现 DSP算法主要用于对输入信号进行数字信号处理，处理过程包括滤波、降噪、混响等 处理。常用的DSP处理器有TI的TMS320C5x系列和C6x系列、ADI的Blackfin系列和SHARC 系列等。其主要任务是将输入的模拟信号转换为数字信号，然后对数字信号进行数值计算，最后将处理结果输出成模拟信号。
基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现 周新淳 【摘要】为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA 的实时信号采集系统设计方案.系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用 TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果;通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强.%In order to improve the accuracy and bias of real-time signal acquisition,a real-time signal acquisition system based on DSP +-FPGA is proposed.The system adopts 4 transducer array to build parallel array signal acquisition unit,the original signal acquisition amplification filtering through analog signal pretreatment,using TMS32010DSP chip as the core of signal processor chip to realize real-time signal acquisition and processing,including the signal spectrum analysis and target information simulation,controlled by DSP D/A converter DAC,through the realization of FPGA data storage,real-time display on the PC and DSP sampling data processing results.The performance of the system is tested by simulation.The results show that the signal acquisition system can effectively realize the real-time signal acquisition and processing,the anti-interference ability is strong.
项目六语音信号采集与回放系统 指导老师：xxxxx 队员及年级：xxxxxxxx 院系：长沙航空职业技术学院电子电气工程系 摘要：本系统以C8051F120为核心，扩展两片62256作为RAM存储器，利用PCM编码对数据进行压缩以及回放，尽量的延长录音时
间。前级使用反向放大器、带通滤波器对信号进行处理，以提高信号存储质量。后级使用带通滤波器、功率放大器使信号噪声减小提高了放音的质量。整机可以实现设计所要求的语音采集以及回放功能，并能达到较高的功能指标。语音存储与回放系统比较重要的两个指标是语音的最大录制时间和语音回放的质量。整个系统在设计中注意低功耗处理和力求高性价比等细节，电路结构简单，可靠性能高，无论在结构和技术上都具有较好的科学性。 关键词：C8051F120 带通滤波62256
目录 第一部分：方案论证与选择...................................................................................................... - 2 - 1.1总体设计框图................................................................................................................ - 2 - 1.2放大级............................................................................................................................ - 2 - 1.3带通滤波........................................................................................................................ - 2 - 1.4存储器............................................................................................................................ - 3 - 1.5模数、数模转换............................................................................................................ - 3 - 1.6功放芯片........................................................................................................................ - 3 - 第二部分单元模块电路.......................................................................................................... - 3 - 2.1 C8051F120单片机........................................................................................................ - 3 - 2.2语音接收及放大电路.................................................................................................... - 4 - 2.3 带通滤波器电路........................................................................................................... - 4 - 2.5功放电路........................................................................................................................ - 6 - 2.6 电源、按键及显示电路............................................................................................... - 6 - 第三部分软件设计.................................................................................................................... - 7 - 3.1程序流程图.................................................................................................................... - 7 - 3.2 A/D,D/A转换............................................................................................................. - 8 - 3.3 存储控制....................................................................................................................... - 8 - 第四部分：系统调试.................................................................................................................. - 8 - 4.1声音输入与输出调试............................................................................................................ - 8 - 附录1 原理图............................................................................................................................. - 9 - 附录2 PCB板图 ....................................................................................................................... - 13 - 附录3 元件清单....................................................................................................................... - 14 - 附录3 组员分工情况............................................................................................................... - 15 -
摘要 本系统最基本的工作原理是采用的存储示波器的工作原理，系统主要由软件和硬件两大部分组成。 硬件主要组成部分是：三端式固定稳压器（7805、7905）、双运放器（LM358）、模数转换器（ADC0809）、低功耗存储器（62256）、八D锁存器（74HC373）、数码管、数模转换器（DAC0802）、双极性运算放大器集成电路（OP07）。在系统工作中，利用三端式稳压器使系统电压维持正负5V。同时为了提高输入阻抗使其不小于10K，在信号输入时采用了双运放器来达到目的。然后在数据采集与处理时，利用模数转换器将其输入端的模拟信号转换成数字信号，以方便对信号波形的的采样。将采样而来的数字信号存储在低功能存储器里面，再通过八D锁存器将其送到七段数码管进行显示。在输出电路部分，安装了数模装换器，将经过模数转换器转换后的数字信号还原成模拟信号，再经过双极性运算放大器集成电路将其进行放大，最后输出。 软件部分的核心控制是单片机（STC12C5A60S2）,在单片机中使用了定时器T1中断来控制波形的采集与回放，当判断控制位为0的时候进行波形回放，为1时进行波形采样。使用按键控制波形的存储、波形的周期测试、高低电平的测试。 经过调试，整个波形的采集、存储、回放系统操作简便，界面美观，同时能达到相当好的性能指标，设计出了一个好的电子产品。 关键词：数模转换器、单片机、模数转换器、存储器、三端稳压器
目录 第一章论述 1.1 设计任务 (3) 1.2方案论证与分析 (3) 1.2.1方案1 (3) 1.2.2方案2 (3) 1.2.3最终方案 (3) 第二章各模块实现原理 2.1稳压模块电路 (4) 2.2输入模块电路 (4) 2.3数据采集与处理模块 (4) 2.4数据存储模块 (6) 2.5数据显示模块 (6) 2.6输出电路模块 (7) 第三章电路与程序设计 3.1单通道输入输出电路设计思路 (9) 3.2单片机的控制程序 (9) 3.2.1主程序设计流程 (9) 3.2.2定时器T1中断程序设计流程 (10) 第四章测试方案与测试结果 4.1测试仪器 (12) 4.1.1 万用表 (12) 4.1.2 示波器 (12) 4.2测试方案 (12) 4.2.1 硬件测试 (12) 4.2.2 软件仿真测试 (12) 4.2.3 硬软件联调 (12) 4.3测试结果 (12) 4.4测试结果分析 (12) 结论 (13) 参考文献 (15) 附录1 电路板图 (16) 附录2 程序设计 (17) 附录3 原理图设计 (23)