简易数字示波器设计.docx
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简易数字示波器设计
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
第一章设计内容与要求
1.1设计内容：
在LPC2210开发板的基础上设计一简易数字示波器。
1.2设计要求：
Ø数字示波器的硬件系统的电路原理图设计
Ø数字示波器的图形界面设计
Ø数字示波器的信号触发、矢量显示、轨迹消隐实现
Ø被测信号的周期、最大/最小值实现
1.3系统功能：
以LPC2210开发板的液晶屏模拟数字示波器的显示屏，实现被测波形的显示。
1.4应用分析：
本设计对基于ARM（AdvancedRISCMachine）的简易示波器的设计过程进行了介绍。
主要对系统的硬件设计部分和软件设计部分进行了分析。
硬件设计部分首先给出了系统框图，然后对各个组成模块进行了介绍。
并给出了各模块所使用的主要元器件。
包括电源部分、放大部分、控制部分、键盘功能及芯片的采集和显示部分。
软件设计部分编写了使能部分、AD转换、显示部分、数值计算部分。
。
第二章系统的总体设计
2.1总体框图
2-1系统框图
2.2总体设计分析
本设计如果选择的是DSP，设计中用到芯片就会增多，而且因为DSP造价高于ARM并且小信号的采集如果应用DSP放大芯片有很多限制，不易选取。
而应用ARM则减少了这方面的问题。
在嵌入式处理器设计领域，RISC[1]已经成为处理器结构设计的必然选择。
嵌入式微处理器嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
并且该系统是以提高对象体系智能性、控制力和人机交互能力为目的，通过相互作用和内在指标评定的，嵌入到对象体系中的专用计算机系统。
而嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心部件，是决定嵌入式系统功能强弱的主要因素，也决定了嵌入式系统的应用范围和开发复杂度。
本设计需要解决的问题包括硬件部分和软件部分。
硬件部分的设计主要是芯片选择，控件的选择，放大倍数的控制，衰减倍数的选择。
软件部分的设计主要是驱动程序的编译，主函数主要功能的实现，按键控制的选择。
第三章硬件结构
3.15V电源电路
LPC2200系列ARM7微控制器均要使用两组电（LPC213x,LPC214x除外），I/O口供电电源为3.3V，内核及芯片外设供电电源为1.8V，所以系统设计为3.3V应用系统。
首先有CZ1电源接口输入9V直流电源，二极管D1防止电源反接，经过C42,C44滤波，然后通过LM2575将电源稳压の5V，再使用LDO芯片（低压差芯片）稳压输出3.3V及1.8V电压。
如图所示（1-1），所设计的5V电源电路的稳压芯片使用的是LM2575开关电源芯片。
图3-1（5V电源电路）
3.2系统电源电路
系统电源电路如图1-2所示，LDO芯片分别采用SPX1117M3-1.8和SPX1117M3-3.3，其特点为输出电流大，输出电压精度高，稳定性好。
犹豫LPC2200系列ARM7微控制器具有独立的模拟电源和模拟地引脚，为了降低噪声和出错几率，模拟电源与数字电源应该隔离。
这里使用10uH的电感L2~L4实现电源隔离（将高频噪声隔离），并且在设计PCB板时采用大面积敷地，以降低噪声。
图3-2（系统电路）
3.3复位电路
由于ARM芯片的告诉、低功耗和的工作电压导致其噪声容限低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。
如图1-3所示。
图3-3（系统复位电路）
3.4JTAG接口电路
采用RAM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口，JTAG信号的定义以及与LPC2210的连接如图1-4所示。
图中，JTAG接口上的信号nTRST连接到LPC2210芯片的T\R\S\T\引脚，以达到控制LPC2210内部JTAG接口电路复位的目的（但不控制CPU复位）。
图3-4（JTAG接口电路）
3.5系统存储器电路
SartARM2200j教学实验开发平台上扩展了2MBNORFLASH（型号为SST39VF160）和8MBPSRAM（芯片型号为MT45W4MW16），电路如图1-5。
为了方便程序调试及最终代码的固化应用，使用LPC2210外部存储接口的BANK0和BANK1地址空间，并且可以通过JP10跳线将片选信号CS0和CS1分别分配给SRAM或FLASH。
在使用JTAG调试程序时，分配SPRAM为BANK0地址，因为BANK0可以进行异常向量表的重新映射操作。
当最终代码固化到FLASH时，分配FLASH为BANK0地址，SRAM为BANK1地址。
这是因为BANK0可以用来引导程序运行。
若使用BANK0引导程序运行，将JP9短接到OUTSIDE端，使系统复位时BOOT1和BOOT0引脚的电平为0b01（即二进制值01）.
图3-5（系统存储器电路）
3.6TFT液晶接口电路
SmartARM2200教学实验开发平台标配有2.2英寸液晶屏-TF6758液晶模块，其电路原理如图1-6所示。
TFT6758液晶模块的工作电压为3.3V，内带白光LED背光灯，可以直接使用8位、16位或18位总线方式与控制器连接（因为液晶模块内部包含了HD66781和HD66783液晶控制驱动器）。
为了得到更搞的数据传输速率，设计电路时采用16位总线接口，按照HD66781芯片说明，需要IM3和IM0引脚0电平，16位数据分别为DB17~DB10和DB8~DB1引脚，为使用的DB0和DB9引脚应接地，电路连接如图1-6所示。
因为不使用DMA传输功能，所以将DACK引脚接为高电平。
图3-6（TFT6758液晶模块应用电路）
3.7串口接口电路
由于系统电源是3.3V，所以应使用SP3232E进行RS232电平转换，SP3232E是3V工作电源的RS232转换芯片。
如图1-7所示
图3-7（串口接口电路）
3.8ADC电路
PC2114/2124/2119/2129/2194具有4路10位ADC转换器，LPC2210/2212/2214/2290/2292/2294具有8路10位ADC转换器，其参考电压为3.3V（由V3a引脚提供），参考电压的精度会影响ADC的转换结果。
SmartARM2200教学实验开发平台提供了两路滞留电压测量电路如图1-8所示，可调电阻W1和W2用于调整ADC的输出电压，可以在VINI和VIN2测试点上用万用表检查当前电压值。
R36和R37为I/O口保护电阻，当ADC输入电压调整到3.3V或0V时，而P0.27或P0.28作为GPIO输出0或1，此刻，这两个电阻保证电路不产生短路故障。
图3-8（ADC电路）
3.9按键控制电路
按键：
在SmartARM2200教学实验平台上使用P0.20扩展一个独立按键KEY1，当需要使用此按键时，应将JP2跳线短接。
当断开JP2跳线时，P0.20可以通过J5连接器（GPIO输出接口）与用户板连接使用。
图3-9（按键控制电路）
3.10主芯片电路
LPC2210是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，并带有0/128/256KB嵌入的高速片内Flash存储器，片内128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。
由于LPC2210具有较小的64个144脚封装，极低的功耗，多个32位定时器，4路10位ADC或8路10位ADC（64脚和144脚封装）以及多达9个外部中断。
图3-10（主芯片电路）
第四章软件分析
4.1软件框图分析
4.2任务的划分
对一个嵌入式应用系统进行“任务划分”，是实时操作系统应用软件设计的关键，任务划分是否合理将直接影响软件设计的质量。
任务划分原则如下:
Ø以CPU为中心，将与各种输入/输出设备（或端口）相关的功能分别划分为独立的任务。
Ø发现“关键”功能，将其最“关键”部分“剥离”出来，用一个独立任务（或ISR）完成，剩余部分用另一个任务实现，两者之间通过通信机制沟通。
Ø发现“紧迫”功能，将其最“紧迫”部分“剥离”出来，用一个独立的高优先级任务（或ISR）完成，剩余部分用另一个任务实现，两者之间通过通信机制沟通。
Ø对于既“关键”又“紧迫”的功能，按“紧迫”功能处理。
Ø将消耗机时较多的数据处理功能划分出来，封装为低优先级任务。
Ø将关系密切的若干功能组合成为一个任务，达到功能聚合的效果。
Ø将由相同事件触发的若干功能组合成为一个任务，从而免除事件分发机制。
Ø将运行周期相同的功能组合成为一个任务，从而免除时间事件分发机制。
Ø将若干按固定顺序执行的功能组合成为一个任务，从而免除同步接力通信的麻烦。
4.3任务的优先级设计
为不同任务安排不同的优先级，其最终目标是使系统的实时性指标能够得到满足。
在实际的产品开发中，应该在项目开始时，仔细思考和推敲。
如果任务优先级的设定有误，对以后的开发和调试会带来极大的困扰，会让工程师花很长时间来查错误，而且出现的错误不好排除。
所以设计任务的优先级是很重要的。
本次实验一共建立了五个任务，其优先级如下：
OSTaskCreate（Task0,（void*）0,&Task0Stk[128-1],2）;//创建Task0任务，优先级为2
OSTaskCreate（Task1,（void*）0,&Task1Stk[128-1],3）;//创建Task1任务，优先级为3
OSTaskCreate（Task2,（void*）0,&Task2Stk[128-1],4）;//创建Task2任务，优先级为4
OSTaskCreate（Task3,（void*）0,&Task3Stk[128-1],5）;//创建Task3任务，优先级为5
OSTaskCreate（Task4,（void*）0,&Task4Stk[128-1],6）;//创建Task4任务，优先级为6
4.4液晶显示初始化设计
GUI_PrtPic（0,0,239,319,gImage_root01）;//示波器面板（背景）图显示
GUI_Line（224,268,224,315,0xffff）;//Running至Off间6根短白线
GUI_Line（184,268,184,315,0xffff）;
GUI_Line（144,268,144,315,0xffff）;
GUI_Line（104,268,104,315,0xffff）;
GUI_Line（64,268,64,315,0xffff）;
GUI_Line（24,268,24,315,0xffff）;
WaveTrackCnt=0;
GUI_PrtStr（208,270,"Coupling",0xfee4,0x0274）;//"Coupling"和"DC"显示
GUI_PrtStr（188,280,"DC",0x0000,0xffff）;
GUI_PrtStr（168,273,"Volt/Div",0xfee4,0x0274）;//"Volt/Div"和"0.42V"显示
GUI_PrtStr（148,275,"0.42V",0x0000,0xffff）;
GUI_PrtStr（128,270,"Time/Div",0xfee4,0x0274）;//"Time/Div"和"60uS"显示
GUI_PrtStr（108,275,"60uS",0x0000,0xffff）;
GUI_PrtStr（88,274,"TrigVolt",0xfee4,0x0274）;//TrigVolt显示
sprintf（UART0_StrBuff,"%1.2fV",CH1TptVal*3.3/255）;
GUI_PrtStr（68,276,UART0_StrBuff,0x0000,0xffff）;
GUI_PrtStr（48,280,"Invert",0xfee4,0x0274）;//"Invert"和"Off"显示
GUI_PrtStr（28,283,"Off",0x0000,0xffff）;
4.5定时器设计
PWMPR=0x00;//不分频，计数频率为Fpclk
PWMMCR=0x02;//设置PWMMR0匹配时复位PWMTC
PWMMR0=CYCLE_DATA;//设置PWM周期
PWMMR6=DUTY_CYCLE_DATA;//设置PWM占空比
PWMLER=0x41;//PWMMR0、PWMMR6锁存
PWMPCR=0x4000;//允许PWM6输出，单边PWM
PWMTCR=0x09;//启动定时器，PWM使能
4.6AD转换设计
ADCR=（1<<7）|//SEL=0x80，选择通道7
（（Fpclk/4500000-1）<<8）|//CLKDIV=Fpclk/4500000-1，即转换时钟为4.5MHz
（1<<16）|//BURST=1，软件控制转换操作
（2<<17）|//CLKS=2，使用9clock转换,8位精度
（1<<21）|//PDN=1，正常工作模式（非掉电转换模式）
（0<<22）|//TEST1:
0=00，正常工作模式（非测试模式）
（1<<24）|//START=1，直接启动ADC转换
（1<<27）;//EDGE=0（CAP/MAT引脚下降沿触发ADC转换）
dat=ADDR;//读取ADC结果，并清除DONE标志位
4.7数据处理
voidOSC_PCM（void）//2048个数据采集，每个数据为8位
{
uint32i,dat;
for（i=0;i<1024*2;i++）
{
while（（ADDR&0x80000000）==0）;//等待转换结束
dat=ADDR;//读取ADC结果
CH1[i]=（dat>>8）&0xFF;//提取AD转换值
}
}
4.8触发设计
uint8OSC_LockTrigerPoint（void）//触发点锁定
{
uint32i;
uint32Avg0,Avg1;
CH1Tpt1=0;
for（i=250;i<1250;i++）
{
Avg0=（CH1[i+3]+CH1[i+2]+CH1[i+1]+CH1[i+0]）>>2;//对采样值滤波
Avg1=（CH1[i+7]+CH1[i+6]+CH1[i+5]+CH1[i+4]）>>2;//对采样值滤波
if（（Avg1-Avg0）>0）//比较2个采样点，判断是否为上升沿
{
CH1TptVal=80;//触发点电压为：
3.3*80/255=1.04V
if（（Avg1>CH1TptVal）&&（Avg0{
CH1Tpt1=i;//保存触发点对应的采样序号
i=0xffff;//破坏循环条件，退出for循环
}
}
i++;//没有找到触发点则向上继续收缩
}
if（i==1250）//如果搜索到1240意味无法找到触发点
{
CH1Tpt1=250;//给定一个初始值用于显示
return（0）;
}
else
{
return
（1）;
}
}
4.9周期设计
uint8OSC_FindPeriod（void）//求（寻找）周期
{uint32i;
uint32Avg0,Avg1;
if（CH1Tpt1>240）//已经锁定触发点，可以寻找周期
{
for（i=CH1Tpt1+8;i<1250;i++）
{
Avg0=（CH1[i+3]+CH1[i+2]+CH1[i+1]+CH1[i+0]）>>2;
Avg1=（CH1[i+7]+CH1[i+6]+CH1[i+5]+CH1[i+4]）>>2;
if（（Avg1-Avg0）>0）
{//CH1TptVal=128;
if（（Avg1>CH1TptVal）&&（Avg0{
CH1Tpt2=i;
i=0xffff;
}
}
i++;
}
}
if（i==1250）
{
CH1Tpt2=250;//给定一个初始值用于显示
return（0）;
}
else
{
CH1Fre=422880/（CH1Tpt2-CH1Tpt1）;
return
（1）;
}
}
4.10求最值设计
voidOSC_CH1MaxMin（void）//求（寻找）最大值和最小值
{
uint32i;
uint32Max,Min;
Max=CH1[CH1Tpt1-125];
Min=CH1[CH1Tpt1-125];
for（i=CH1Tpt1-125;i{
if（CH1[i]>Max）
{
Max=CH1[i];
}
if（CH1[i]{
Min=CH1[i];
}
}
CH1Max=Max;
CH1Min=Min;
}
4.11主函数与调用的TASK设计
#include"config.h"
#include"stdlib.h"
OS_STKTask0Stk[128];//DefinetheTask0stack定义用户任务0的堆栈
OS_STKTask1Stk[128];//DefinetheTask1stack定义用户任务1的堆栈
OS_STKTask2Stk[128];//DefinetheTask2stack定义用户任务2的堆栈
OS_STKTask3Stk[128];//DefinetheTask3stack定义用户任务3的堆栈
OS_STKTask4Stk[128];//DefinetheTask4stack定义用户任务4的堆栈
voidTask0（void*pdata）;//Task0任务0
voidTask1（void*pdata）;//Task1任务1
voidTask2（void*pdata）;//Task2任务2
voidTask3（void*pdata）;//Task3任务3
voidTask4（void*pdata）;//Task4任务4
intmain（void）
{
OSInit（）;//操作系统初始化
OSTaskCreate（Task0,（void*）0,&Task0Stk[128-1],2）;//创建Task0任务，优先级为2
OSTaskCreate（Task1,（void*）0,&Task1Stk[128-1],3）;//创建Task1任务，优先级为3
OSTaskCreate（Task2,（void*）0,&Task2Stk[128-1],4）;//创建Task2任务，优先级为4
OSTaskCreate（Task3,（void*）0,&Task3Stk[128-1],5）;//创建Task3任务，优先级为5
OSTaskCreate（Task4,（void*）0,&Task4Stk[128-1],6）;//创建Task4任务，优先级为6
OSStart（）;//启动操作系统
return0;
}
Task0任务0//采样1600个数据，锁定触发点
voidTask0（void*pdata）
{uint32i;
pdata=pdata;//防止编译警告，以下同
TargetInit（）;//初始化目标板
while
（1）
{
OS_ENTER_CRITICAL（）;//进入临界区
for（i=0;i<1600;i++）//采样1600个数据
{
while（（ADDR&0x80000000）==0）;//等待转换结束
CH1[i]=（ADDR>>8）&0xFF;//提取AD转换值（8位）
}
OS_EXIT_CRITICAL（）;//退出临界区
OSC_LockTrigerPoint（）;//锁定触发点
OSC_FindPeriod（）;//求频率
OSC_CH1MaxMin（）;//求最大、最小值
GUI_ClrTrack（）;//清除旧轨迹（前一次波形）
GUI_DispTrack（）;//显示新轨迹（当前波形）
OSTimeDly（50）;//延时
}
}
Task1任务1//调用函数：
sprintf，GUI_PrtStr，OSTimeDly
voidTask1（void*pdata）
{
pdata=pdata;
while
（1）
{
sprintf（UART0_StrBuff,"CH1max=%1.2fV",CH1Max*3.3/256）;//显示通道1最大值（1位正数、2位小数）
GUI_PrtStr（5,10,UART0_StrBuff,0xfee4,0x0274）;//坐标位置5、10，前景黄色，背景蓝色
sprintf（UART0_StrBuff,"CH1min=%1.2fV",CH1Min*3.3/256）;//显示通道1最小值（1位正数、2位小数）
GUI_PrtStr（5,110,UART0_StrBuff,0xfee4,0x0274）;
sprintf（UART0_StrBuff,"CH1Fre=%6dHz",CH
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