哈工大智能仪器课程设计_简易数字示波器设计

基于ARM的简易数字示波器设计张伟超(福州理工学院，福建福州35〇5〇6)摘要：系统提出一种基于在入式ARM7微处理器的简易数字示波器的设计与实现方案。

以ARM7微处理器为控制核 心，高速A/D器件TLC5510采集信号，实现信号的存储与测量。

使用彩色液晶屏显示信息内容丰富，人机界面好。

系统 软件采用模块化、层次化结构易于维护和扩展。

关键词:数字示波器;TLC5510;ARM7中图分类号:TM935.3 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)04-0066-02〇引言随着电子技术快速发展，ARM处理器架构也不断升级换 代，现有实验室ARM7开发板不能满足教学需要，导致大量开 发板闲置,造成资源浪费。

为了改善实验室这种现状，通过利 用ARM7开发板设计简易的数字示波器。

而数字示波器是一 种用途广泛的电子测量仪器，它体积小、功耗低、使用方便、强 大分析能力在电子电信类实验室中广泛使用，但是数字示波 器普遍价格昂贵。

实验证明，通过在ARM7开发板可以实现 数字示波器常用测量功能，性能优良，可供学生普通学习测量 使用，所以研究简易数字示波器有重要意义。

1系统总体方案设计硬件系统主要由五个部分组成:ARM7开发板、信号预处 理电路、A/D信号采集模块、L C D显示模块、键盘模块。

其工 作原理是:首先信号预处理电路对输入的信号进行阻抗变换、放大(衰减)、电平调整,处理后的信号在送到A/D信号采集模 块的模拟输入端，A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，采 集的数据存储在ARM7开发板中，在采集完一帧数据后，经过 数字信号处理算法，计算出信号的相关参数，最后通过数据重 构波形并通过LCD液晶屏输出。

总体方案图如下图1所示。

梭拟信号图1总体方案图2硬件模块设计系统采用模块化设计,各个模块间相互独立，调试灵活方 便，易于扩展。

2.1 ARM7开发板配置开发板的微处理器是Samsung公司的ARM7TDMI内核的 S3C44BOX,微处理器提供了丰富的内置资源，包括:8KB cache,可选内部SRAM,LCD控制器,2通道的UART,4通道DMA,存储系统管理器，PWM功能的6通道定时器，71个通用I/O端 口，实时时钟RTC，8通道10位ADC等资源。

测控仪器设计课程设计---基于Labview 的数字示波器设计测控仪器设计课程设计说明书姓名：沈游学号： 200906028班级：测控091专业：测控技术与仪器学院：机械工程学院时间：2012.7.2～2012.7.13地点：机械工程学院机房指导教师：文妍李霞杨淑燕彭花测控仪器设计课程设计任务书设计题目：基于Labview 的数字示波器设计设计要求：一、主要功能模块数字示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。

系统软件总体上包括数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析及波形存储和回放等五大模块，功能结构框图如下：1．数据采集模块主要完成数据采集的控制，包括触发控制、通道选择控制、时基控制等。

其中：1）触发控制包括触发模式、触发斜坡、触发电平控制；2）通道选择主要控制单通道或双通道测量；3）时基控制主要控制采集卡扫描率、每一通道扫描次数(取样数)。

2．波形显示模块软件需提供五种波形显示模式：1）A、B、A&B 模式：通过显示通道选择按键A 和B，可以任意显示某一通道或两通道输入信号的波形。

2）XY 模式：当两通道都处于选通状态时，使用此模式来显示李沙育(Lissajous)图形、测量相位差或频率。

3）A＋B，A－B 模式：当两通道处于选通状态时，使用此模式显示两通道信号代数相加、相减后的波形。

4）A&A 积分5）A&A 微分3．参数测量模块主要模拟HP54603B 的参数测量功能，完成包括Vrms 等19 个电压参数和频率、周期等7 个时间参数的测量，并显示其测量结果。

4．频谱分析模块采用快速FFT 算法，完成频域信号分析。

可实现的频谱分析控制包括：1）Window 选择，提供9 种频谱分析窗口；2）Log/Linear 选择，提供3 种坐标显示模式；3）DisplayUnit 选择，提供8 种单位。

5．数据存储和回放模块按键“写盘”控制是否进行数据存储；按键“读盘”控制是否从数据文件中读取数据。

数字示波器实验报告数字示波器实验报告一、实验目的通过实验，掌握数字示波器的基本使用方法，了解数字示波器的原理和应用。

二、实验原理数字示波器是一种用数字电路代替示波管的示波器，通过将信号采样、量化和数字化处理，然后再显示出来。

其工作原理主要包括信号采样、模拟到数字转换（A/D转换）、信号处理和显示。

三、实验仪器和器件1. 数字示波器2. 示波器探头3. 信号发生器四、实验步骤1. 将信号发生器连接到示波器的输入端（CH1通道）。

2. 启动数字示波器，设置相应的信号源参数，如频率、幅度等。

3. 调整示波器的垂直和水平尺度，使得信号能够完整显示在示波器的屏幕上。

4. 观察示波器的波形显示，根据需要对信号进行观测和分析。

5. 可以通过改变信号源的参数，如频率、幅度等，再次进行观察和分析。

五、实验内容和结果1. 设置信号发生器的频率为1kHz，幅度为2V。

2. 调整示波器的垂直和水平尺度，使得信号能够完整显示在示波器的屏幕上。

3. 观察示波器的波形显示，记录波形的特征和参数。

4. 改变信号源的频率为10kHz，并观察示波器的波形显示。

六、实验调试和思考问题在调试过程中，可能会出现信号不稳定、波形失真等问题，可以通过以下方法排除：1. 检查信号源和示波器的连接是否正确。

2. 调整信号源的输出参数，如频率、幅度等。

3. 调整示波器的垂直和水平尺度，使得信号能够完整显示在示波器的屏幕上。

4. 检查示波器的参数设置是否正确。

七、实验总结通过本次实验，我们学会了使用数字示波器进行信号的观测和分析，了解了数字示波器的基本原理和应用。

同时，我们也对示波器的各种参数进行了调试和调整，掌握了一些常见的故障排除方法。

实验结束后，我们应该及时关闭设备，整理实验数据和实验报告，并做好实验室的清理工作。

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：系统设计方案：1、实现A/D芯片的模数转换功能，通过keil的watch窗口观察ADC0读取的数据的变化。

本科题目简易数字示波器设计（）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（），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（）的规定，即：按照学校要求提交（）的印刷本和电子版本；学校有权保存（）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；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位原创性声明本人郑重声明：所呈交的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：年月日学位版权使用授权书本学位作者完全了解学校有关保留、使用学位的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交的复印件和电子版，允许被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位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。

涉密按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对支持必要时）2.字数要求：理工类设计（）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类正文字数不少于1.2万字。

哈理工智能仪器课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握哈理工智能仪器的基本原理、设计和应用，培养学生对智能仪器领域的兴趣和热情，提高学生的科学素养和创新能力。

知识目标：学生能够理解智能仪器的定义、分类和基本原理；掌握常见智能仪器的设计方法和应用场景；了解智能仪器领域的发展趋势和前沿技术。

技能目标：学生能够运用所学知识，分析和解决智能仪器在设计和应用过程中遇到的问题；能够独立完成简单的智能仪器设计和实验；具备一定的科技创新能力和团队合作精神。

情感态度价值观目标：学生能够认识到智能仪器在现代社会中的重要性，培养对智能仪器的兴趣和热情；培养学生的社会责任感和职业道德，使其在未来的工作中能够积极为社会作贡献。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括智能仪器的基本原理、设计和应用。

1.智能仪器的基本原理：包括智能仪器的定义、分类、工作原理和性能指标，使学生了解智能仪器的整体框架和运作逻辑。

2.智能仪器的设计：包括智能仪器的设计方法、设计流程和设计要点，使学生掌握智能仪器设计的基本技能和方法。

3.智能仪器的应用：包括智能仪器在各行各业中的应用案例，使学生了解智能仪器在实际工程中的应用和价值。

4.智能仪器领域的最新技术与发展趋势：包括智能制造、物联网、大数据等新兴技术在智能仪器领域的应用，使学生紧跟时代发展的步伐。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握智能仪器的基本原理和设计方法。

2.案例分析法：通过分析具体的智能仪器应用案例，使学生了解智能仪器的实际应用和价值。

3.实验法：通过动手实验，使学生巩固所学知识，提高实际操作能力。

4.小组讨论法：通过小组讨论，培养学生的团队合作精神和创新能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统的学习资料。

2.参考书：提供丰富的参考书籍，拓展学生的知识面。

一、实验仪器图片参照1、函数信号发生器图片2、数字示波器图片TDS2002数字示波器TDS1001B数字示波器二、实验内容介绍实验内容一：熟悉数字示波器面板各功能键实验内容二：1.简单测量正弦信号的频率、周期及峰—峰值1）选择输出信号为正弦信号，按下“DEFAULT SETUP”按钮，再按下“AUTO SET”按钮，综合使用仪器按钮，使得数字示波器的屏幕正好显示3个周期的正弦波。

2）按下数字示波器的“CH1 MENU”按钮，此时屏幕出现的菜单对应“探棒”选择“1 X ”档；3）使用数字示波器的“MEASURE”按钮，选择测量类型，测量出此3个周期的频率、周期及峰—峰值。

4）如此完成了一次测量，重复步骤3），共完成此3个周期信号频率、周期及峰—峰值的8次测量，并写出各物理量仪器的示值误差。

2.使用软件打印此3个周期的正弦信号。

使用软件打印出前一步骤所对应的3个周期正弦信号。

注意：TDS2002型数字示波器使用的是“WaveStar”软件；TDS1001型数字示波器使用的是“NI Signal Express Tektronix Edition”软件记录下“使用软件打印正弦波信号图形”的详细操作步骤。

附一：采用计算机中的“WaveStar”软件打印图形1)打开“WaveStar”软件,点击左边界面“Local”选项的“+”，弹出“Tek TDS 1000 Series”选项；2) 点击“Tek TDS 1000 Series”选项的“+”，然后点击“Data”选项的“+”;3)将“Waveforms”选项打开；4)这时点击“File”→“New Datesheet”→“YTsheet”，点击“OK”；5)击中界面左边“Waveforms”的“CH1”，并拖动到“YTsheet”工作表里；6)这时点击“Edit”→“New Annotation”,出现一个注释框，在注释框里输入注释信息（比如图形名称、姓名、学号、班级等）；7)在图上右击，选择“Print Datasheet…”→“OK”（或者：选择打印图标“Print Datasheet”），这个时候就会在打印机上打印出图形。

简易数字示波器设计报告学校：大学学院：电子信息学院班级：电子与通信工程组员：王婷静芝静第一章设计容与要求1. 1 设计容：设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器，示意图如图1所示。

图1 数字示波器示意图1. 2 基本设计要求：（1）被测周期信号的频率围为10Hz～10MHz，仪器输入阻抗为1M ，显示屏的刻度为8 div×10div，垂直分辨率为8bits，水平显示分辨率≥20点/ div。

（2）垂直灵敏度要求含1V/div、0.1V/div两档。

电压测量误差≤5%。

（3）实时采样速率≤1MSa/s，等效采样速率≥200MSa/s；扫描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三档，波形周期测量误差≤5%。

（4）仪器的触发电路采用触发方式，要求上升沿触发，触发电平可调。

（5）被测信号的显示波形应无明显失真。

1. 3 扩展要求：（1）提高仪器垂直灵敏度，要求增加2mV/div档，其电压测量误差≤5%，输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。

（2）增加单次触发功能，即按动一次“单次触发”键，仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储（被测信号的频率围限定为10Hz～50kHz）。

第二章系统的总体设计2. 1 总体框图：2. 2 硬件系统设计：2.2.1输入信号调理电路：图2输入信号调理电路该电路中涉及到的芯片有：（1）AD603：在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。

在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的围。

AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。

它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。

哈尔滨理工大学课程实践题目:智能仪器原理及设计姓名:xxxxxxxx班级:测控12-5班学号：1205010510指导教师：苑惠娟成绩：完成时间：2015年6月18日目录目录 (2)一、实验目的及其意义 (3)1.1实验目的 (3)1.2实验意义 (3)二、实验内容 (4)2.1设计波形 (4)2.2设计内容 (4)2.3实验用设备 (4)三、实验要求 (4)3.1绘制原理图及线路板图 (4)3.2编写程序完成以下任务 (4)3.3实验安排 (5)四、硬件电路设计 (5)4.1单片机电路 (5)4.2显示及键盘接口电路 (5)4.3D/A转换电路 (6)4.4USB串口模块 (7)4.5时钟电路和复位电路 (7)4.68路LED (9)4.7PCB设计图 (9)五、程序设计 (10)六、软硬件调试 (16)七、波形图 (16)八、心得体会 (17)九、参考文献 (18)一、实验目的及其意义1.1实验目的（1）设计动态LED显示、键盘，画出原理图及线路板图，使学生对智能仪器中最基本的输入输出方法具有感性认识。

（2）通过一个相对完整的程序编程，使学生能够将单片机知识和智能仪器的设计融会贯通，同时掌握对智能仪器的软件构成及“硬件软化”方法。

1.2实验意义波形发生器作为一种常用的信号源，是现代测试领域内应用最广泛的通用仪器之一。

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。

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西安交通大学城市学院本科生毕业设计（论文）注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

数字示波器实验报告数字示波器实验报告引言：数字示波器是一种用于测量和显示电信号波形的仪器。

它通过将电信号转换为数字信号，然后进行处理和显示，能够提供更加准确和清晰的波形图像。

本实验旨在通过使用数字示波器，探索其原理和应用，并对其性能进行评估。

一、实验背景和目的数字示波器是现代电子测量领域中不可或缺的仪器之一。

与传统的模拟示波器相比，数字示波器具有更高的精度、更大的带宽和更多的功能。

本实验的目的是通过实际操作数字示波器，了解其工作原理、功能和应用范围。

二、实验步骤和方法1. 连接电路：将信号源与数字示波器相连，确保电路连接正确并稳定。

2. 设置示波器参数：根据实验要求，设置示波器的触发模式、时间基准、电压范围等参数。

3. 测量信号波形：通过示波器的屏幕，观察并记录待测信号的波形特征，如振幅、频率、周期等。

4. 分析波形：根据测量结果，对信号波形进行分析和判断，如是否存在幅值失真、频率偏移等现象。

5. 记录实验数据：将实验过程中的关键数据和观察结果进行记录，以备后续分析和对比。

三、实验结果和讨论在实验过程中，我们使用数字示波器对不同信号进行了测量和分析。

通过观察示波器屏幕上的波形图像，我们可以清晰地看到信号的特征和变化。

1. 正弦波信号测量：我们首先对一个正弦波信号进行了测量。

通过示波器的屏幕，我们可以看到信号的周期、频率和振幅等参数。

与模拟示波器相比，数字示波器能够提供更加精确和清晰的波形图像，使我们能够更准确地分析和判断信号的特征。

2. 方波信号测量：接下来，我们对一个方波信号进行了测量。

方波信号具有快速上升和下降的边沿，数字示波器能够准确地捕捉到这些边沿，并显示在屏幕上。

通过观察示波器的波形图像，我们可以判断方波信号的频率和占空比等参数。

3. 脉冲信号测量：最后，我们对一个脉冲信号进行了测量。

脉冲信号具有短暂的高电平和低电平，数字示波器能够准确地显示这些变化。

通过观察示波器的波形图像，我们可以分析脉冲信号的上升时间、下降时间和脉宽等参数。