基于stm32的簡易數(shù)字示波器(編輯修改稿)
2025-07-21 16:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 故障等方面，數(shù)字示波器顯示出了模擬示波器無可比擬的優(yōu)勢。因此，數(shù)字示波器由于其性能優(yōu)越，和良好的性價(jià)比，現(xiàn)在已成為示波器的主流產(chǎn)品。通過本設(shè)計(jì)，可以達(dá)到學(xué)以致用，把理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)會(huì)處理設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的一些問題，掌握設(shè)計(jì)的技巧，為以后工作打下基礎(chǔ)，并完成一個(gè)能滿足基本需要的示波器[13]。數(shù)字示波器利用AD把被測量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并在液晶上顯示波形，而且可以對獲得的信息做進(jìn)一步的處理，例如可以放大，縮小波形。和傳統(tǒng)模擬示波器相比，屏幕更新速率是數(shù)字示波器另一個(gè)限制因素，它不像模擬示波器那樣實(shí)時(shí)顯示波形的變化，波形在采樣轉(zhuǎn)換顯示的過程中被延遲了，被測信號(hào)總要經(jīng)過一段時(shí)間才能在屏幕上顯示出來。由于普通AD只能測量一種極性的電壓信號(hào)，而且測量電壓范圍小，因此，在進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換之前需要對外界信號(hào)做一些處理：首先把外界的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成正電壓，并把電壓大的信號(hào)衰減，把電壓小的信號(hào)放大，所以本設(shè)計(jì)采用了極性轉(zhuǎn)化電路，和程控放大電路，這樣就可以測量范圍稍微大，正負(fù)電壓信號(hào)了[17]。為了使測量的波形更便于觀測，需要對波形進(jìn)行放大和縮小，放大和縮小分別包括，幅度周期的放大和縮小。幅度放大時(shí)，可以把AD轉(zhuǎn)換到的數(shù)據(jù)左移兩位達(dá)到放大兩倍的效果，右移兩位縮小兩倍；周期的放大可以對原來的波形采樣更少的點(diǎn)，這樣在相等的時(shí)間段里可以顯示更多的波形，不過這樣會(huì)丟棄很多數(shù)據(jù)，容易失真，相反采樣更多的波形就放大周期，這樣更真實(shí)的反應(yīng)波形。不過，數(shù)字示波器也有其局限性，其中之一是，多數(shù)數(shù)字示波器實(shí)用AD，受AD轉(zhuǎn)換速率的影響實(shí)時(shí)采樣不能達(dá)到很高的頻率。因此，數(shù)字示波器不能用于測量頻率較高的場合。另外一個(gè)解決辦法是等效時(shí)間采樣來達(dá)到最大帶寬，由于采樣密度可以超過重復(fù)觸發(fā)脈沖，因此對連續(xù)波形是完全可以的，但是對瞬時(shí)脈沖的存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)采樣速率扔受AD轉(zhuǎn)換速率的限制。盡管如此，在低于10MHZ時(shí)，數(shù)字示波器有一系列的有點(diǎn)，例如，可以重建一個(gè)清晰的存儲(chǔ)波形，還可以捕捉并顯示預(yù)觸發(fā)波形，這一特征可以用來查找那些導(dǎo)致未知或間斷響應(yīng)的過程?？傊c通用的模擬示波器相比，數(shù)字示波器有以下特點(diǎn)：(1) 具有存儲(chǔ)觸發(fā)前信息的功能，用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的預(yù)觸發(fā)功能能觀測觸發(fā)前的信號(hào)，因而可捕獲和顯示故障發(fā)生前的信號(hào)，便于故障檢測。(2) 長久保存波形，在觀察緩慢信號(hào)時(shí)無閃爍現(xiàn)象。因?yàn)閿?shù)字存儲(chǔ)示波器采用了RAM，可以慢速寫入，快速讀出，所以無閃爍。(3) 數(shù)據(jù)輸出可加至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用快速傅里葉變化進(jìn)行處理。(4) 精確度高。 第二章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案示波器的設(shè)計(jì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。示波器的控制核心采用ARM9，由于ARM9芯片里有自帶的AD，采樣速率最高位500KSPS,分辨率為10位，基本上能滿足本設(shè)計(jì)要求，顯示部分用 。軟件部分采用C語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)環(huán)境為ADS。采用仿真軟件為Proteus[14]。信號(hào)從探頭輸入，進(jìn)入程控放大衰減電路進(jìn)行放大衰減，程控放大器對電壓大的信號(hào)進(jìn)行衰減，對電壓小信號(hào)進(jìn)行放大以符合AD的測量范圍，經(jīng)過處理后信號(hào)進(jìn)入極性轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電平調(diào)整成0—，因?yàn)楸粶y信號(hào)可能是交流信號(hào)，而AD只能測量正極性電信號(hào)，經(jīng)調(diào)整后送入AD轉(zhuǎn)換電器對信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣所得數(shù)據(jù)送入LCD顯示。從程控放大電路出來的一路信號(hào)送給AD轉(zhuǎn)換器，一路送給整形電路對輸入信號(hào)進(jìn)行整形即比較器，把各種信號(hào)變成矩形波，利用計(jì)數(shù)器進(jìn)行頻率測量。這樣實(shí)現(xiàn)了信號(hào)頻率的測量和波形的顯示。按鍵控制可以通過不同的按鍵來控制波形的放大和縮小，同時(shí)也可以控制程控放大器，選擇放大和衰減的倍數(shù)。第三章 硬件設(shè)計(jì)硬件總體結(jié)構(gòu)程控放大器的作用是對輸入信號(hào)進(jìn)行衰減或者放大調(diào)整，使輸出信號(hào)電壓符合AD轉(zhuǎn)換器要求，達(dá)到最好的測量與觀察效果，所以程控
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