波形采集、存储与回放系统报告

波形采集、存储与回放系统的设计作者：钟秀娟来源：《软件工程师》2013年第10期摘要：本系统利用MSP430F149单片机控制，可以同时采集单极性和双极性两路周期信号，并存储到FLASH存储器，系统断电重启后，能连续回放已采集的信号，同时测量信号周期和电平并显示。

本设计主要有输入电路模块、信号放大处理模块、单片机控制电路模块、D/A转换模块和输出模块等组成。

本系统特点是功耗低，高输入阻抗，低输出阻抗，回放信号与原信号误差小，能显示信号周期和高低电平。

关键词：MSP430F149单片机；A/D转换器；D/A7524转换器中图分类号：TP274.2 文献标识码：A1 总体方案设计及框图本系统主要由输入电路（集成运放和整形电路）部分、A/D转换电路模块、单片机及显示电路模块、D/A转换（DA7524转换电路）和输出电路模块[1]。

输入信号经电平移位电路，经A/D转换后存入储存器并实时显示，回放时经D/A转换，显示在示波器上。

具体框图如图1所示。

2 电路的设计与流程图设计（1）采样信号处理通过电阻分压方式实现电压的零点偏置，将电压整体抬高。

电阻分压方式具有结构简单，成本低的优点，且允许幅值较大的双极性模拟信号在板内传输，在外界干扰一定的时候，提高了信噪比[2]。

对于MSP430F149内部的积分型ADC而言，电阻分压方式的输入阻抗较大，为保证片内电容的充电时间，以达到应有的测量精度，需相应延长采样的时间。

（2）输入电路的设计由于MSP430F149内置的模数转换器（ADC）只能对低于3.3V的电压采样，而系统要求能完成对A通道高电平约4V，低电平接近0V信号的采样，所以系统在输入部分设计了一个同相比例运放电路，将输入信号衰减一倍，使之达到单片机对电压的采样要求。

（3）整形电路频率测量时，利用MSP430F149单片机捕获输入信号上升沿，计算两个上升沿之间的时间差，即信号的周期。

但设计的电路是正弦信号，有上升沿，不能达到电路的测量要求，所以本系统设计了一个整形电路，将正弦波信号转换为同频率的方波信号输出，以使单片机能准确捕捉到每一个上升沿信号。

数字示波器中的波形存储、录制与回放郑涛;杨拴科;金印彬【摘要】波形存储、录制与回放是数字示波器的重要功能.在此采用闪速存储器( FLASH Memory)存储重要的波形数据,方便用户事后调出观察、分析和对比.每段波形存储的长度固定,根据存储波形的序号、大小、起始地址等建立波形存储索引表,通过查询波形索引表可选择要回放的波形.还可以通过波形录制功能把信号波形录制到静态数据存储器(SDRAM)中,然后回放波形,寻找并观察自己需要的波形.通过直接存储(DMA)方式实现将显示缓冲区存储的波形搬移到波形录制的缓存中去,实现了数据的高速存储.在手持式示波表的研制过程中实现了此波录制和回放方法达到了预期的效果.%Waveform storage, recording and playback are the important functions of a digital oscilloscope (DSO). The FLASH memory is adopted to store the important waveform data. It is convenient for users to call out the waveform informa-tion to observe, analyze and compare. Since the length of each stored waveform is fixed, and the index table of the stored waveforms is established according to their serial numbers, sizes and starting addresses, the waveform that is needed to play-back can be found by querying the index table. Signal waveforms can be also recorded in the static data memory (SDRAM) by the waveform recording function, and then users could find and observe the required waveform by waveform playback. The waveform data stored in display buffer can be moved to the recording buffer though the way of DMA to achieve the high-speed data storage. Waveform storage, recording and playback havebeen implemented during the development of the handheld oscil-loscope. The desired result was achieved.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)018【总页数】4页(P149-152)【关键词】数字示波器;波形存储;波形录制;波形回放【作者】郑涛;杨拴科;金印彬【作者单位】西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049;西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049;西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TN919-34;TM9330 引言自然界的信号大多都是瞬时变化的一过性信号，采用示波器的触发功能可以捕获符合触发条件的信号，一些重要的信号需要存储并做进一步的观察和分析。

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 Reduceddevelopment 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。

电 子 科 大实 验 报 告学生姓名：*** 学 号：****** 指导教师：****一、实验室名称： 信号与系统实验室 二、实验项目名称： 连续信号的采样和恢复 三、实验原理：实际采样和恢复系统如图3.6-1所示。

可以证明，奈奎斯特采样定理仍然成立。

x )(t P T )图3.6-1 实际采样和恢复系统采样脉冲：其中，T s πω2=，2/)2/sin(τωτωτs s k k k T a =，T <<τ。

采样后的信号：∑∞-∞=-=−→←k s S FS k j X T j X t x )((1)()(ωωω当采样频率大于信号最高频率两倍，可以用低通滤波器)(ωj H r 由采样后的信号)(t x S 恢复原始信号)(t x 。

四、实验目的：目的：1、使学生通过采样保持电路理解采样原理。

2、使学生理解采样信号的恢复。

任务：记录观察到的波形与频谱；从理论上分析实验中信号的采样保持与恢复的波形与频谱，并与观察结果比较。

五、实验内容：①采样定理验证②采样产生频谱交迭的验证六、实验器材（设备、元器件）： 实验仪器名称：数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤波器模块()()2()FT T ksk p t P j a k ωπδωω+∞=-∞←−→=-∑U11和U22、采样保持器模块U43、PC机端信号与系统实验软件、＋5V电源元器件及耗材：连接线、计算机串口连接线七、实验步骤：（1）采样定理验证步骤：①打开PC机端软件SSP.EXE，在“实验选择”中选择“实验六”。

②根据实验书的指导，接通实验箱电源，连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”。

③按实验箱键盘“3”选择好“正弦波”，按“+”将正弦波频率为“2.6kHz”，按“F4”键把采样脉冲设为10kHz。

点击SSP软件界面上的按钮。

④观察到，波形密集混论无法观察。

调节X轴分辨率，将其调到最小，同时将Y轴分辨率调到最大，从而观察到稳定波形。

波形采集、存储与回放系统波形采集、存储与回放系统——武汉东湖学院陈鹏、费?、何凯摘要本设计以STM32F103ZET6作为控制芯片，把波形采集分为A、B 两个通道，对A通道的输入信号进行衰减，对B通道的输入信号进行放大，然后采用内部集成的高速AD对信号进行实时采样，方式为上升沿内触发，可以实现波形的单次和多次触发存储和回放显示，以及频率、周期、峰-峰值的测量和显示，并具有掉电存储功能。

整个系统操作简便，界面友好，达到了较好的性能指标。

关键字：STM32、波形采集、波形存储、波形回放一、系统方案1.1题目要求及相关指标分析题目的要求是将待测信号进行数字存储，并通过普通示波器将被测信号显示出来。

由于被测信号为模拟信号，存储过程为数字方式，故应该将模拟信号进行量化处理，然后存储到存储器中，当需要显示的时候，从存储器输出数据并恢复为模拟信号，然后送往普通示波器进行显示。

本设计的重点是模拟信号的处理与采样、数字信号的存储、系统的控制三个方面。

1.2系统设计与框图：系统整体设计框图如图1-1所示。

模拟信号通过信号调理模块（阻抗变换、固定衰减/放大、触发电路）将模拟信号的幅值大小调理到高速AD的输入范围0——3.3V。

同时，两路信号经比较器得到方波，送处理器STM32进行测频。

处理器测得输入信号频率后控制内部AD以输入信号频率的80倍速率采样。

在STM32内部增加波形存储控制模块，当满足触发条件时ARM对AD转换得到的数据进行存储。

图1-1系统整体设计图图1图1图1 A通道信号调理B通道信号调理存储、显示与控制STM32F103ZET6比较器比较器A通道信号调理输出B通道信号调理输出内部集成A\D 内部集成D\A 键盘显示二、理论分析与计算 2.1 A/D采样频率选择采用内部集成A/D，采样频率由输入信号的频率决定，在输入信号的一个周期内采集80个点，那么，通过式（2.1），可以求出采样频率，其中为信号频率。

基于单片机的波形采集、存储与回放系统设计作者：梁丽来源：《中国教育技术装备》2016年第18期摘要系统以单片机为核心，以低功耗运放构成输入输出电路，选用外部低功耗存储芯片作存储，软件系统控制外部A/D转换器实现对输入信号的采集、数据存储，并通过外部D/A 转换器实现对已采集信号的回放，系统的各种信息及采集波形信息由液晶显示输出。

关键词单片机；接口电路；波形采集中图分类号：G642 文献标识码：B文章编号：1671-489X（2016）18-0032-021 前言采用AT89C52单片机作为整个控制核心，通过软件编程实现对模拟信号的采集、存储数据的输出以及各种测量、逻辑控制的功能。

现从系统单元电路设计、单片机与外部设备的接口电路设计和系统软件设计的角度，阐述基于单片机的波形采集、存储与回放系统的设计思想。

2 单元电路设计通道调理电路将ADC0809转换器的基准电压输入端接至+5 V电源，它可对0～5 V的模拟信号进行转换。

A通道输入信号是单极性的，输入电压范围为0～4 V，符合A/D转换器对输入信号的要求。

A通道的输入、输出电路均选用电压跟随器，电压跟随器具有输出电压跟随输入电压、输入阻抗高、输出阻抗低的特点，使得整个通道的放大倍数为1。

B通道输入信号是双极性的，输入电压范围为-50～+50 mV。

为此，在B通道输入端需将信号电压由双极性转换为单极性，并调理为0～4 V 电压输出，以匹配A/D转换器的输入电压范围；在B通道输出端则需将信号电压的极性和幅度范围进行还原。

B通道输入电路如图1所示，它由三级运放构成：第一级运放构成电压跟随器；第二级运放构成反相比例电路，其交流放大倍数为-40，作用是将信号电压由-50～+50 mV 调理到+2～-2 V范围内；第三级运放构成反相求和电路，其交流放大倍数为-1，调节电位器给信号电压+2 V的电平平移，将双极性信号转换为单极性，即将信号电压由+2～-2 V调理到0～4 V范围内。

波形采集、存储与回放系统设计摘要本设计是基于数字示波器的原理，以STM32-cortex-m3作为控制芯片，把波形采集分为A、B两个通道，对A通道的输入信号进行衰减，对B通道的输入信号进行放大，然后采用内部集成的高速AD对信号进行实时采样，方式为上升沿内触发，可以实现波形的单次和多次触发存储和回放显示，以及频率、周期、峰-峰值的测量和显示，并具有掉电存储功能。

由信号采集、数据处理、波形显示，控制面板等功能模块组成，整个系统分成A/D转换部分、D/A转换部分、波形存储部分、键盘输入控制四大部分，系统操作简便，输出波形可以在示波器输出显示，此存储示波器即具有一般示波器实时采样实时显示的功能，又可以对某段波形进行即时存储和连续回放显示，且界面友好，达到了较好的性能指标。

具体设计原理以及过程在下面章节中详细说明。

关键字：STM32、波形采集、波形存储、波形回放AbstractThe design is based on the principle of digital oscilloscope, with STM32-cortex-m3 as the control chip, the waveform acquisition is divided into A, B two channel, the A channel input signal attenuation on B channel, the input signal is amplified, then using the internal integration of high-speed AD on real time data sampling, as rising edge trigger, can achieve waveform of single and multiple triggers the storage and playback and display, frequency, cycle, peak to peak value measurement and display, and power failure memory function. The signal acquisition, data processing, waveform display, the control panel and other functional modules, the system is divided into A/D transformation, D/A converting part, waveform storage, keyboard input control system four parts, simple operation, the output waveform can be output in the oscilloscope display, this storage oscilloscope namely has the common oscilloscope real-time sampling real time display function, can be a real-time storage and continuous playback waveform display, and friendly interface, has achieved good performance. The design principle and process are described in detail in the following sections.Keywords: STM32, waveform acquisition, storage, waveform waveform playback模拟路灯控制系统设计目录一、总体方案思路及其设计41.1、采样方式41.2、双踪示波器显示方式51.3、控制部分方案的设计51.4、显示方式5二、系统理论分析与功能模块设计52.1 、最小系统及A/D，D/A电路52. 2、单元电路6三、软件设计103.1、软件流程103.2：软件子程序11四、测试方案与测试结果12五、结束语14附件1：系统程序14一、总体方案思路及其设计1、根据题目要求进行相关指标分析根据题目要求A通道只是对单极性（高电平为4V，低电平为0V，频率为1KHZ）的信号进行采集、存储和连续回放；B通道需要对双极性（电压峰峰值为 100mV、频率为 10Hz~10kHz）的信号进行处理。

波形采集、存储与回放系统设计摘要本设计是基于数字示波器的原理，以STM32-cortex-m3作为控制芯片，把波形采集分为A、B两个通道，对A通道的输入信号进行衰减，对B通道的输入信号进行放大，然后采用内部集成的高速AD对信号进行实时采样，方式为上升沿内触发，可以实现波形的单次和多次触发存储和回放显示，以及频率、周期、峰-峰值的测量和显示，并具有掉电存储功能。

由信号采集、数据处理、波形显示，控制面板等功能模块组成，整个系统分成A/D转换部分、D/A转换部分、波形存储部分、键盘输入控制四大部分，系统操作简便，输出波形可以在示波器输出显示，此存储示波器即具有一般示波器实时采样实时显示的功能，又可以对某段波形进行即时存储和连续回放显示，且界面友好，达到了较好的性能指标。

具体设计原理以及过程在下面章节中详细说明。

关键字：STM32、波形采集、波形存储、波形回放AbstractThe design is based on the principle of digital oscilloscope, withSTM32-cortex-m3 as the control chip, the waveform acquisition is divided into A, B two channel, the A channel input signal attenuation on B channel, the input signal is amplified, then using the internal integration of high-speed AD on real time data sampling, as rising edge trigger, can achieve waveform of single and multiple triggers the storage and playback and display, frequency, cycle, peak to peak value measurement and display, and power failure memory function. The signal acquisition, data processing, waveform display, the control panel and other functional modules, the system is divided into A/D transformation, D/A converting part, waveform storage, keyboard input control system four parts, simple operation, the output waveform can be output in the oscilloscope display, this storage oscilloscope namely has the common oscilloscope real-time sampling real time display function, can be a real-time storage and continuous playback waveform display, and friendly interface, has achieved good performance. The design principle and process are described in detail in the following sections.Keywords: STM32, waveform acquisition, storage, waveform waveform playback模拟路灯控制系统设计目录一、总体方案思路及其设计 (4)1.1、采样方式 (4)1.2、双踪示波器显示方式 (5)1.3、控制部分方案的设计 (5)1.4、显示方式 (5)二、系统理论分析与功能模块设计 (5)2.1 、最小系统及A/D，D/A电路 (5)2. 2、单元电路 (6)三、软件设计 (10)3.1、软件流程 (10)3.2：软件子程序 (11)四、测试方案与测试结果 (12)五、结束语 (14)附件1：系统程序 (14)一、总体方案思路及其设计1、根据题目要求进行相关指标分析根据题目要求A通道只是对单极性（高电平为4V，低电平为0V，频率为1KHZ）的信号进行采集、存储和连续回放；B通道需要对双极性（电压峰峰值为 100mV、频率为 10Hz~10kHz）的信号进行处理。

目录一、设计题目、设计目的 (1)1.1、说明选题的来源、意义和目的 (3)1.2、课题承担人员及分工说明 (3)二、课题总体设计说明 (3)2.1、说明总体开发计划和课题所达到的功能目标和技术指标 (3)2.2、课题总体设计方案，比较几个备选方案，确定最终方案 (4)三、硬件设计说明 (5)3.1、硬件总体设计方案 (5)3.2、硬件设计的总电路原理图、PCB图及原件清单 (8)四、软件设计说明 (10)4.1、软件总体设计方案 (10)4.2、软件功能模块划分 (10)五、硬件调试说明 (13)5.1、硬件性能测试 (13)5.2、实验测得的数据 (13)5.3、软件性能测试 (14)六、附件 (14)附件1、波形回放信号图 (14)附件2、硬件外观图 (16)附件3、PROTUES仿真效果图 (17)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：1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。

示波器的存储和回放功能详解示波器是一种常见的电子测量仪器，在电子工程、通信、嵌入式系统等领域具有广泛的应用。

它可以通过显示波形来分析和观察电信号的特征，而示波器的存储和回放功能是其中重要的特性之一。

本文将详细介绍示波器的存储和回放功能原理及其应用。

一、存储功能的原理及作用示波器的存储功能通过将采集到的电信号波形数据保存在内存中，实现对波形数据的暂存和处理。

它的原理是将输入信号经过采样和量化转换后，存储到示波器的内部或外部存储器中。

存储功能可以实现对波形数据的长期保存、重复分析和进一步处理，为后续的信号分析和故障排查提供了便利。

存储功能的作用主要有以下几个方面：1. 数据保存与共享：示波器的内存容量较大，可以存储大量的波形数据。

通过存储功能，用户可以将采集到的波形数据保存下来，方便后续的复查和共享。

同时，也可以将波形数据导出到外部存储设备或计算机中，进行更深入的分析和处理。

2. 波形观察与比较：存储功能允许用户将多个波形数据同时存储下来，并进行比较和观察。

这对于观察波形的稳定性、频谱特征等方面非常有帮助。

通过比较多组波形数据，可以更准确地判断信号的变化规律，进一步分析电路的性能。

3. 信号捕获与存储：示波器的存储功能可以将瞬态信号的瞬间变化捕获下来，并保存为波形数据。

这对于分析瞬态信号的幅值、频率等参数非常有用。

用户可以通过存储功能，捕捉到一些短暂的信号现象，以便进一步研究和分析。

二、回放功能的原理及应用示波器的回放功能是指将已存储的波形数据重新播放出来，实现对信号波形的再现。

它的原理是将存储的波形数据按照一定的速率重新读取出来，并通过显示装置呈现出来。

回放功能可以帮助用户在不再接入真实信号源的情况下，对已存储的波形数据进行再次观察和分析。

回放功能主要应用于以下几个方面：1. 故障分析与调试：当某个故障发生时，示波器的回放功能可以帮助用户将故障时的波形数据重新播放，并进行详细分析。

这对于了解故障发生的原因及其影响非常有帮助。

基于单片机的波形采集回放系统设计作者：张凯博来源：《科技创新与应用》2016年第29期摘要：文章完成了一款基于单片机STC12C5A60S2的波形采集存储与回放控制系统，其中单片机是整个控制系统的核心，结合AT24C04存储，可靠地实现对两路外部信号进行采集与存储。

系统分为软件和硬件两个部分。

硬件电路主要包括单片机的外围基本模块、按键电路、波形采集回放电路等。

软件部分包括了按键触发、信号存储、数模信号转换程序设计。

关键词：波形；存储；回放引言波形采集回放系统是目前检测电子电路的重要技术手段，已广泛应用于各式各样的技术行业，例如电力系统、医疗系统、教学科研系统等等。

但随着工作环境的日益复杂，传统的示波器在狭小的空间中已不能满足测量要求，因此设计一款轻便的数字滤波器对特殊工业环境有着较高的应用价值。

1 系统参数设计首先，需对系统实现的功能和相关参数进行设计。

要求能同时采集两路周期信号波形，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。

并且能完成对A通道单极性信号（高电平约4V、低电平接近0V）、频率约1kHz信号的采集、存储与连续回放。

此外，要求系统输入阻抗不小于10kΩ，输出阻抗不大于1kΩ。

采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。

原信号与回放信号电平之差的绝对值≤50mV，周期之差的绝对值≤5%。

2 系统方案设计采样方式选择：等效时间采样虽然可以对很高频率的信号进行采样，可是步进延迟的采样技术与电路较为复杂。

再者，它只限于处理周期信号，而且对单次触发采样无能为力。

实时采样可以实现整个频段的全速采样。

实时采样是在信号存在期间对其采样。

根据采样定理，采用速率必须高于信号最高频率分量的两倍。

对于周期的正弦信号，一个周期内应该大于两个采样点。

为了不失真地恢复原被测信号，通常一个周期内就需要采8个点以上，故文章采用实时采样方式。

A/D、D/A转换方式选择：采用芯片PCF8591转换，其具有IIC接口，AIN0～AIN3四个模拟输入通道和一个模拟输出通道，最多可以有8片8591连接到IIC总线。

波形的采集存储与回放系统摘要随着电子信息技术的迅猛发展，医疗、卫星、雷达、现代航空等众多领域都需要实现对数据进行存储，回放等要求，信号的采集、存储在信息技术行业中应用的也越来越广泛。

本设计采用单片机作为总控制芯片，分别用A/D转换器和D/A转换器进行模数和数模转换，并将采集到的波形数据存储到Flash存储器中。

按下采集键后，该系统对0~+5v 变化的波形进行采样并将采样的数据存储起来；按下回放键后，该系统将采样波形进行循环回放；在采集时可改变幅值，并且采集到的数据也会同时在回放的时候变化；在回放时，若按下存储键，将停止波形的回放，显示一条直线；若按下回放键，将终止当前波形，并采集新的波形。

关键词：采集，存储，回放，单片机，波形Waveform Acquisition Storaging and Playbacking SystemABSTRACTWith the rapid development of electronic information technology, many fields such as Medical treatment, satellite, radar, Advanced Flight needs to implement the data storage, playback, Signal acquisition, storage in the applications of information technology industry is becoming more and more widely.This design uses the microcontrolle as the control chip, Respectively with the A/D converter and D/A converter as the digital analogy converter. And will be collected waveform data Stored in the Flash memory. After press the acquisition button, The system will be Sampling waveform that conversion from 0~4V and storing in the Flash memory. After press the playback button, The system will cycle sampling waveform playback. At the time of acquisition can change amplitude, And the collected data will be change when playback at the same time, During playback, If you press the store button, Will stop the playback waveform, according to a straight line, If press the playback button, will end the current waveform, and new waveform acquisition.KEY WORDS：Acquisition，storage，playback，microcontroller，waveformIII目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 选题的意义 (1)1.2 研究现状与发展趋势 (2)2波形采集存储与回放系统的设计原理与功能 (3)2.1 波形采集存储与回放系统的设计原理 (3)2.2 波形采集存储与回放系统的功能 (3)2.3 总体开发计划和课题所达到的功能目标和技术指标 (3)2.3.1 达到的功能目标 (3)2.3.2 技术指标 (4)2.4 本章小结 (4)3 方案论证选择与硬件设计 (5)3.1 采样方式选择 (5)3.2 A/D与D/A转换选择 (5)3.3 触发方式选择 (5)3.4 输入模块 (6)3.4.1 A路输入电路 (6)3.4.2 B路输入 (6)3.5 A/D转换器 (7)3.5.1 ADC0809引脚图以及接口 (7)3.5.2 ADC0809使用要求及应用说明 (8)3.6 主控模块 (8)3.6.1 AT89S52芯片主要特点及性能 (8)3.6.2 AT89S52芯片的最小电路系统以及接口 (9)3.7 D/A转换器 (11)3.7.1 DAC0832的引脚图以及接口 (11)3.7.2 DAC0832的工作方式 (11)3.7.3 实现D/A转换时，主要涉及的参数 (12)3.8 输出模块 (12)3.9 显示模块 (13)3.10 存储模块 (13)IV3.11 本章小结 (14)4 软件设计 (15)4.1 软件设计目标 (15)4.2 Keil2简介 (16)4.3 软件功能模块分类 (16)4.3.1 主程序流程 (16)4.3.2 LCD子程序流程 (18)4.3.3 按键处理子程序流程 (18)4.3.4 回放子程序流程 (19)4.3.5 采集并存储子程序流程 (20)4.3.6 存储处理子程序流程 (21)4.4 本章小结 (21)5 系统测试及结果分析 (22)5.1 测试使用仪器与设备 (22)5.2 测试方案与测试结果 (22)5.2.1 测试方法 (22)5.2.2 测试结果与分析 (22)5.2.3 误差产生原因 (25)5.3 设计和调试中遇到的问题 (25)6 小结 (26)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)附录ⅠAT89S52与LCD1602的接口程序 (30)附录ⅡAT89S52与ADC0809的连接程序 (31)波形的采集存储与回放系统 11 绪论1.1 选题的意义电子信息技术的迅猛发展，现代航空、雷达、卫星、医疗等众多领域常常需要对波形进行采集、存储和回放，波形信号的采集、存储在信息技术行业应用的越来越广泛。

数据采集存储系统陈俣兵任加勒蔡露薇摘要：本系统以C8051F360单片机最小系统为核心，结合FPGA及高速A/D数据采集模块，可靠地实现对一路外部信号进行采集、存储及FFT频谱分析。

系统硬件可以分为模拟部分和数字部分。

模拟电路主要包括信号调理电路、锁相环模块及A/D模块、D/A模块。

调理电路主要调节信号的幅度及直流偏置，以满足A/D对输入信号1~2V的幅度要求。

锁相环模块为A/D模块提供时钟信号，以实现对输入信号的整周期采样，防止频谱泄露。

数字部分主要由FPGA实现，用于数据的存储、传输等。

本系统对锁相环的使用实现了采样频率对输入信号的跟踪，大大增加了输入信号频率变化范围。

测试显示本系统谐波分量测量误差小于1%，系统稳定可靠。

关键字：FFT C8051F360 FPGA 锁相环一、方案选择与论证1.系统整体方案比较与选择方案一：采用扫频外差法。

将输入信号和扫频本振产生的信号混频，使变频后信号不断移入窄带滤波器，进而逐个选出被测频谱分量。

这种方法的优点是扫频范围大，但对硬件电路要求较高，分辨率不高，难以满足题目要求。

方案二：采用单片机来实现。

采用单片机系统控制AD转换器将交流电压电流信号存入缓冲区后，由CPU进行频谱分析以及功率计算。

此方案可以使控制模块的设计较为简单。

但是，频谱分析的计算（如FFT）具有数据量大，乘法运算居多的特点。

此弊端只能通过减少采样点数或外扩运算芯片来解决，前者会降低测量精度，而后者会增加外围硬件设计的复杂程度。

方案三：C8051F360单片机结合FPGA及锁相环模块实现。

利用锁相环模块对输入信号频率进行跟踪，能够实现对信号每个周期采集相同点的数据，保证了单片机进行频谱分析（FFT运算）时，数据的正确性。

利用FPGA设计两个双口RAM，一个用于存储采集的外部信号数据，另一个用于存储单片机进行FFT运算过程中的大量数据。

此方案硬件电路十分简单，且能够按需求方便地改变采集的数据量大小，提高运算结果的精度。