波形采集存储与回放系统方案设计书报告2Word下载.docx
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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。
对信号的采集要通过前置电路接到AD转换器，把方波、正弦波和三角波的大小和周期转化成数字量让STM32-cortex-m3单片机进行处理。
对数据的存储和连续回放由单片机的内部程序来实现。
2、方案比较与分析
1.1、采样方式
方案一：
实时采样。
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。
为了不失真的恢复原被测信号，通常一个周期内就需要采样八个点以上。
由于实时采样对波形逐点进行采集，可以实时显示输入信号的波形因此适合任何形式的信号波形，重复或者不重复的，单次的或者连续的。
由于所采集的信息是按时间顺序的，因而易于实现波形的显示功能。
方案二：
等效时间采样法。
采用中高速模数转换器，对于频率较高的周期性信号采用等效时间采样的方法，即对每个周期仅采样一个点，经过若干个周期后就可对信号各个部分采样一遍。
而这些点可以借助步进延迟方法均匀地分布于信号波形的不同位置。
其中步进延迟是每一次采样比上一次样点的位置延迟△t时间。
只要精确控制从触发获得采样的时间延迟，就能够准确地恢复出原始信号。
等效采样可以实现很高的数字化转换速率。
其基本原理就是通过多次触发，多次采样而获得并重建信号波形。
前提是信号必须是重复的。
等效采样通过多次采样，把在信号的不同周期中采样得到的数据进行重组，从而能够重建原始的信号波形。
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，因此本设计采用方案一。
1.2、双踪示波器显示方式
每个通道都有一套独立的ADC和存储器，双踪显示时，只需轮流选择不同通道的波形数据，就可以实现两路波形的同时显示。
只使用一片ADC，一片存储器和一片DAC，在采样的时候，用存储器地址的最低位控制模拟开关。
通过切换两路模拟信号，将采集到的数据分别存储到存储器的奇地址和偶地址上，双踪显示时通过扫描存储器中的数据即可将两路波形同时显示出来。
方案二使用的硬件电路较少，故我们选择方案二。
1.3、控制部分方案的设计
方案一、单片机STM32Cortex-M3完成对其他各部分控制。
方案二、采用单片机STC90C51作为控制部分。
方案论证：
方案一STM32Cortex-M3是一种高速/低功耗/性价比高的单片机可完成对其他各部分的控制。
内部具有强大的存储空间且能够实现各种复杂的控制功能。
方案二STC90C51的功耗比较大，数据传输速率比较低，要实现比较复杂的控制功能较困难。
故本设计采用STM32Cortex-M3单片机。
1.4、显示方式
方案一、采用传统数码管作为显示。
方案二、采用液晶屏作显示。
方案一采用数码管显示虽然控制简单，亮度大，价格便宜。
缺点是功耗较大，显示不清晰，操作不方便。
方案二液晶显示器则具有耗电少、配置简单灵活、安装方便、耐振动、使用寿命长、美观等优点。
同时可以显示菜单等复杂的界面，更易于操作。
本设计系统采用LCD显示器。
二、系统理论分析与功能模块设计
2.1、最小系统及A/D，D/A电路
图1
2.2、单元电路
1）数据存储电路
图3
2）按键电路
图4
3）电压比较器电路
图5
3、12864显示
三、软件设计
3.1、软件流程
图8：
主程序的流程图：
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9：
系统显示调用流程图
1）系统流程图：
首先，“开始”部分是将程序内容进行初始化，设定需采集数据的存储首地址。
“采集存储”部分启动对输入信号的A/D转换、执行延时程序等待转换结束、取回转换结果并存储和存储器地址加1，为下次存储做准备等程序。
其次，判断是否有触发。
该课题设计采用单次触发方式，即可以按下设定的功能键，在满足触发条件后，进行一次采集存储。
最后，通过设定初始地址，连续输出存储的数据，显示存储的波形
2）系统显示调用流程图：
初始化包括堆栈指针、位标志等。
接着键盘的扫描，判断是否有键按下，系统就执行该按键所对应的程序，循环读取数据进行A/D、D/A转换，在D/A转换完成后就自动跳回初始化之后继续循环。
五、总结
本次设计的波形采集、存储与回放系统，以STM32-cortex-m3单片机为核心，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组成。
本系统对数据存储、水平扫描速度输出功能进行了重点设计。
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。
输出波形可以在示波器输出显示。
3.2：
软件子程序
在本设计系统中，由于实现功能比较复杂，再加上传感器和处理模块非常多，放在一个文件中是不可行的，此时，我们采用进行模块化处理。
1:
1602子程序
#include"
1602.h"
voidwrite_code（u8a）。
写1602
voidwrite_data（u8a）。
读1602
voidinit_1602（void）。
初始化602
2：
delay延时子程序
delay.h"
voiddelay_init（u8SYSCLK）。
选择时钟频率
voiddelay_ms（u16nms）。
毫秒级延时
voiddelay_us（u32nus）。
微秒级延时
3：
DS1302时钟子程序
DS1302.h"
voidWrite_Ds1302（u8address,u8dat）。
写ds1302
voidinit_1302DS（void）。
///初始化1302
voidReads_RTC（void）。
//一次性读取ds1302八个寄存器时间值
voidtimedeal_RTC（void）。
//处理读到的数据
4：
系统配置钟子程序
RCC-GPIO.h"
voidRCC_Configuration（void）。
配置处理器时钟频率
voidGPIO_Configuration（void）。
配置处理器时钟频率管教
voidNVIC_Configuration（void）。
配置处理器中断优先级
voidEXTI_Configuration（void）。
配置处理器外部中断
voidTIM_Configuration（void）。
/配置处理器定时器
四、测试方案与测试结果
4.1测试仪器
示波器
万用表
信号发生器
4.2测试方案
4.2.1基本要求测试
a）功能测试
高低电平显示功能完成
周期显示完成
采样、回放功能完成
b）A通道电平测试
测试条件：
输入电压峰-峰值4V，最大电压4V的方波
输入频率：
1KHz
输入4V、4.12V高电平
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