【正文】 信號與回放信號幅度峰峰值之差的絕對值≤10 mV，周期之差的絕對值≤5%。4. 增加 B 通道對雙極性、電壓峰峰值為 100mV、頻率為 10Hz~10kHz 信號的采集。 。原信號與回放信號電平之差的絕對值≤50 mV，周期之差的絕對值≤5%。要求系統(tǒng)輸入阻抗不小于10 k?，輸出阻抗不大于1k??？赏瑫r采集、存儲與連續(xù)回放A、B兩路信號，并分別測量和現(xiàn)實A、B兩路信號的周期。原信號與回放信號電平之差的絕對值小于50mV,周期之差的絕對整理值小于50mV?？梢酝瓿葿通道雙極性信號采集和回放。 測試方案 基本要求測試 功能測試功能測試結(jié)果高低電平顯示功能完成周期顯示完成采樣、回放功能完成 電平測試測試條件：輸入電壓峰峰值4V，最大電壓4V的方波輸入頻率：1 KHz輸入輸出誤差高電平4V %周期1ms 1ms 0 發(fā)揮部分測試 功能測試功能 測試結(jié)果采集、回放功能 完成測量周期功能 完成波形檢測功能 完成掉電存儲功能 完成功能的測試過程為，依次輸入高電平4V，低電平20mV的正弦波、三角波、方波，用示波器觀察A通道輸出，系統(tǒng)可以正確檢測波形并輸出。滿足題目中輸入阻抗不大于10KΩ的要求。整個操作過程由液晶顯示程序提供周期、幅度等信號信息。轉(zhuǎn)換結(jié)束，并將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)與信號的輸入通道標(biāo)記進(jìn)行整合并暫存等待處理。AT24C512是ATMEL公司生產(chǎn)的64KB串行電可擦的可編程存儲器，內(nèi)部有512頁，每一頁為128字節(jié)，任一單元的地址為16位，具有結(jié)構(gòu)緊湊，存儲容量大等特點(diǎn)，可以在2線總線上并接4片芯片，特別適用于具有大容量數(shù)據(jù)存儲要求的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此在測控系統(tǒng)中被大量采用。本文介紹了MSP430F149單片機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計了MSP430最小系統(tǒng)中電源模塊、晶振電路模塊、復(fù)位電路模塊、串口通訊模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊的電路原理圖， 顯示與控制模塊 題目的要求采集和回放時規(guī)定采用十進(jìn)制數(shù)字顯示，周期以“ms”為單位，幅度以“mv”為單位。 MSP430F1479最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)，或稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。 B路輸出為保證B路信號（100mV VPP），輸出采用電容交流隔直，而D/A輸出為輸入信號經(jīng)放大后采集到的信號，故用R38進(jìn)行相應(yīng)衰減，適當(dāng)調(diào)整E38可以輸出幅值與輸入一致，U28為1:1同向放大，可將D/A所能產(chǎn)生的高頻干擾濾波，C11可將單極性信號轉(zhuǎn)為雙極性信號，與輸入保持一致。如圖輸入信號經(jīng)過UIA同向跟隨后，經(jīng)R7做相應(yīng)衰減送入單片機(jī)A/D進(jìn)行采樣，適當(dāng)調(diào)節(jié)R7就可以進(jìn)入A/ A路輸出為保證回復(fù)A路信號（04V），故運(yùn)放供電電壓必須用5V供電，而D/，故該電路需要具有一定的放大功能，且要有一定的過濾作用。同時在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)了512點(diǎn)的FFT計算，成功得分析了輸入信號的頻譜。將抽樣的數(shù)據(jù)分別存儲到雙口RAM中,在送入行列掃描電路（2片DAC0800）前經(jīng)過了波形顯示控制模塊，它的作用是對RAM的數(shù)據(jù)及讀入起始地址的進(jìn)行處理。然后通過AD9225對信號進(jìn)性采樣。第三章 系統(tǒng)設(shè)計與框圖系統(tǒng)整體設(shè)計框圖如圖所示。否則，測量將沒有實用價值。（5） 可以觀測到觸發(fā)前的信號。 順序采樣順序采樣是對每一個信號周期僅采樣一個點(diǎn)，用步進(jìn)延遲的方法，對每個周期信號波形的不同點(diǎn)進(jìn)行采樣，從而獲取整個波形的采樣數(shù)據(jù) 隨機(jī)采樣與順序采樣相對應(yīng)，隨機(jī)采樣的采樣脈沖是由一個獨(dú)立電路產(chǎn)生，它和被測信號是不相關(guān)的。（3） 自動完成多信號的同時采樣。實時采樣有三個重點(diǎn)特點(diǎn)：（1） 示波器先將一段完整的波形數(shù)據(jù)存入存儲器，然后再進(jìn)行顯示和分析。 實時采樣實時采樣是數(shù)字信號采集技術(shù)的最直接應(yīng)用。其實，對于非實時采樣，還可以每隔10個、100個甚至更多個波形上取一個樣點(diǎn)。從一個信號波形中取得所需樣點(diǎn)稱為實時采樣。以MSP430D149為核心，外掛一個防掉電保護(hù)的EEPROM就可以完成系統(tǒng)設(shè)置的要求，系統(tǒng)功耗也能控制在要求之中。在一定的情況下掃描速度的改變是通過改變采樣頻率來實現(xiàn)的。ADC12的主要特點(diǎn)是最大的采樣速度達(dá)到200Ksps：轉(zhuǎn)換為12位精度，1位差分非線性，1位積分非線性：8個可配置的外部信號采集通道。 ADC12模塊MSP430單片機(jī)的ADC12模塊是一個12位的A/D轉(zhuǎn)換模塊，具有高速度，通用性等特點(diǎn)。因此，設(shè)計的重點(diǎn)是模擬信號的處理與采樣，數(shù)字信號的存儲、普通示波器的顯示控制，系統(tǒng)的控制四方面 主芯片分析MSP430是TEAXS INSTRUMENTS(TI)生產(chǎn)的16位單片機(jī)的統(tǒng)稱，該系列是一種RISC結(jié)構(gòu)的16位單片機(jī)，其突出特點(diǎn)是功耗極低（在3V、1Mhz的工作方式下，）；其次是他的內(nèi)部資源相當(dāng)豐富全系列中總共包含以下模塊：12bit、8通道A\D轉(zhuǎn)換，帶310個單獨(dú)的捕獲、比較功能的定時器TimerA和TimerB，12路USART通信口，多至160段LED驅(qū)動，硬件乘法器，模擬信號比較器，F(xiàn)LL頻率鎖相環(huán)，23個時鐘系統(tǒng)等等。該方案結(jié)構(gòu)緊湊、可以實現(xiàn)復(fù)雜測量與控制只是操作過于繁瑣、系統(tǒng)功耗也很大。 方案論證 方案一以單片機(jī)89s51為系統(tǒng)核心，以外部AD、存儲、DA等器件實現(xiàn)信號的采集、存儲與回放功能，整個系統(tǒng)簡單靈活，便于實現(xiàn)，但無法完成對高速信號的處理，而且功率消耗過大。由于等測信號為模擬信號，存儲過程為數(shù)字方式，故應(yīng)該將模擬信號進(jìn)行量化處理，然后存儲到存儲器中，當(dāng)需要顯示的時候，從存儲器讀出數(shù)據(jù)并恢復(fù)為模擬信號，并送往普通示波器Y輸入端，在X輸入端加入相應(yīng)的掃描信號，采有XY方式觀察信號的波形。 （3）可以存儲兩次采集的信號，回放時用按鍵或開關(guān)選擇顯示指定的信號波形。B通道原信號與回放信號幅度峰峰值之差的絕對值≤10 mV，周期之差的絕對值≤5%。 發(fā)揮部分（1）增加 B 通道對雙極性、電壓峰峰值為 100mV、頻率為 10Hz~10kHz 信號的采集。原信號與回放信號電平之差的絕對值≤50 mV，周期之差的絕對值≤5%。要求系統(tǒng)輸入阻抗不小于10 k?，輸出阻抗不大于1k?。波形采集儲存與回放系統(tǒng)畢業(yè)論文目 錄第一章 方案設(shè)計與論證 1 要求 1 基本要求 1 發(fā)揮部分 2 方案論證 2 方案一 2 方案二 2 方案三 3第二章 理論分析與計算 4 主芯片分析 4 ADC12模塊 5 掃描速度與采樣頻率的關(guān)系 5 信號采樣技術(shù)的基本原理 5 實時采樣 5 順序采樣 6 隨機(jī)采樣 6第三章 系統(tǒng)設(shè)計與框圖 7 輸入輸出電路 8 A路輸入 8 A路輸出 8 B路輸入 9 B路輸出 9 電源電路 10 MSP430F1479最小系統(tǒng) 10 顯示與控制模塊 11 掉電保護(hù)電路控制 12第四章 軟件設(shè)計 13第五章 系統(tǒng)測試 14 測試儀器 14 輸入阻抗 14 測試方案 14 基本要求測試 14 發(fā)揮部分測試 15第六章 實驗結(jié)果分析與討論 16 實驗結(jié)果 16第七章 結(jié)論及意義 18參考文獻(xiàn) 19致 謝 20附 錄 21 ii 1 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文第一章 方案設(shè)計與論證設(shè)計并制作一個波形采集、存儲與回放系統(tǒng)，示意圖如圖 1 所示。該系統(tǒng)能同時采集兩路周期信號波形，要求系統(tǒng)斷電恢復(fù)后，能連續(xù)回放已采集的信號，顯示在示波器上 要求 基本要求（1）能完成對 A 通道單極性信號（高電平約 4V、低電平接近 0V）、頻率約 1kHz 信號的采集、存儲與連續(xù)回放。 （2）采集、回放時能測量并顯示信號的高電平、低電平和信號的周期。 （3）系統(tǒng)功耗≤50mW，盡量降低系統(tǒng)功耗，系統(tǒng)內(nèi)不允許使用電池?？赏瑫r采集、存儲與連續(xù)回放A、B兩路信號，并分別測量和顯示A、B兩路信號的周期。 （2）A、B兩路信號的周期不相同時，以兩信號最小公倍周期連續(xù)回放信號。 題目要求及相關(guān)指標(biāo)分析題目的要求是將待測信號進(jìn)行數(shù)字存儲，并通過普通示波器將被測信號顯示出來。因此，設(shè)計的重點(diǎn)是模擬信號的處理與采樣、數(shù)字信號的存儲、普通示波器的顯示控制、系統(tǒng)的控制4個方面。 方案二以帶有IP核的FPGA/CPLD完成對信號的采集、存儲、顯示以及AD\DA轉(zhuǎn)化等功能，由IP核實現(xiàn)人機(jī)交互及信號處理等功能。 方案三核心采用MSP430F149單片機(jī)，利用單片機(jī)內(nèi)部的12位高精度AD轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對信號的采集，采用外掛AT24C512存儲信號數(shù)據(jù)，并由D/A完成DA功能轉(zhuǎn)換，配合相應(yīng)的輸入輸出電路完成相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換，1602液晶顯示輸出相應(yīng)的各項信息，整個電路需要的相應(yīng)外圍電路少，功耗低簡潔易行經(jīng)過以上各個方案的分析比較，次設(shè)計采用方案三 59 第二章 理論分析與計算題目的要求是將待測信號進(jìn)行數(shù)字存儲，并通過普通示波器將信號顯示出來，由于被測信號為模擬信號，存儲過程為數(shù)字方式，故應(yīng)將模擬信號進(jìn)行量化處理，然后存儲到存儲器中，當(dāng)需要顯示的時候，從存儲器讀出數(shù)據(jù)并回復(fù)成模擬信號，并送到普通示波器的Y輸入端，在X輸入端加上相應(yīng)的掃描信號，采用xy方式觀察信號的波形。以上片內(nèi)資源，可以極大限度的簡化本題的設(shè)計。它具有5大功能模塊，都可以獨(dú)立配置，即具有采樣、保持的ADC功能內(nèi)核；可控制的轉(zhuǎn)換存儲；可控制的參考電平發(fā)生器；可控制和選擇的時鐘；可控制的采樣及轉(zhuǎn)換時序電路。 掃描速度與采樣頻率的關(guān)系假設(shè)掃描速度為t s/div，每格點(diǎn)數(shù)為n采樣頻率為fs，則：fs=n/t，當(dāng)t=20的時候，針對不同的掃描速度，可得到不同的采樣頻率。對應(yīng)10KHz的正弦波采樣頻率為200KHz時每周期可采集20個點(diǎn)，由采集值可以很好的恢復(fù)采集前的信號，按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只需要2通道的A/D采樣輸入信號的最高頻率為10KHz。 信號采樣技術(shù)的基本原理采樣分實時采樣和非實時采樣兩種。從被測信號許多相鄰波形上取得樣點(diǎn)，以表示一個信號波形稱為非實時采樣，或者稱為等效采樣。這樣更有利于觀測高速信號，當(dāng)然這種高速信號必須是重復(fù)的。在這種方法下，示波器根據(jù)一次觸發(fā)事件連續(xù)的捕獲被測量波形的n個采樣數(shù)據(jù)，而后屏幕上顯示波形的每個點(diǎn)都是在一次采樣周期中獲取的，它可以完成單次非重復(fù)信號的捕捉。（2） 在觸發(fā)事件前，示波器開始對信號進(jìn)行連續(xù)采樣。能夠觀測觸發(fā)前信號的能力稱為負(fù)觸發(fā)延遲，它在故障分析中特別有用。因此，隨機(jī)采樣有三個特點(diǎn)：（4） 樣點(diǎn)在信號波形上的排列是隨機(jī)的。隨機(jī)采樣過程中樣點(diǎn)在信號波形上的位置是無序的，即時隨機(jī)的，但是在對這些樣點(diǎn)進(jìn)行屏幕顯示時必須反映原波形的變化規(guī)律。因此，在采樣過程中應(yīng)該同時記錄各個采樣點(diǎn)在信號波形上的相對位置。模擬信號通過信號調(diào)理模塊（阻抗變換、程控放大、觸發(fā)電路），將模擬信號的幅值大小調(diào)理到高速AD（AD9225）的輸入范圍0—4V。我們采用外部有源晶振作為高速AD的采樣時鐘來控制恒定的采樣率4MHz（晶振的固有振蕩頻率），在FPGA內(nèi)部增加波形存儲控制模塊，當(dāng)滿足觸發(fā)條件時FPGA以下抽樣的方式對AD轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，抽樣頻率由可水平分辯率來控制（若為AUTO功能，則與信號的頻率有關(guān)）。從而實現(xiàn)波形在模擬示波器上的左右平移。 輸入輸出電路 A路輸入A路輸入：系統(tǒng)要求A路輸入信號為單極性（04V），而單片機(jī)設(shè)置A/，采集后在單片機(jī)內(nèi)部再做相應(yīng)的運(yùn)算處理，計算出相應(yīng)的真正輸入值，從而顯示A路的最大值和最小值。這樣才可以將D/A所產(chǎn)生的高頻干擾濾除 B路輸入系統(tǒng)要求D路輸入信號為雙極性（100mV VPP），因此需要將100mV放大至單片機(jī)A/D所所能判別的范圍內(nèi)，這樣可以提高系統(tǒng)對B路信號的分辨率，同時需要將輸入雙極性信號轉(zhuǎn)換為單極性信號，這樣才能便于單片機(jī)識辨，圖中VRF為1/2單片機(jī)A/，適當(dāng)調(diào)節(jié)R14即可改變放大器的放大倍數(shù)。 電源電路，5V用于運(yùn)放和液晶以及24C512工作。對于MSP430系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。沒有要求做人機(jī)界面，所以現(xiàn)有常用的LCD1602即可以滿足要求，控制部分也只要求幾個簡單的功能選擇題，所以顯示和控制模塊直接到MCU的最小系統(tǒng)即可 掉電保護(hù)電路控制 采用12C串行EEPROM非易失性存儲器AT24C512實現(xiàn)掉電存儲數(shù)據(jù)系統(tǒng)掉電恢復(fù)后，能連續(xù)回放以采集的信號。第四章 軟件設(shè)計依據(jù)題目要求，在設(shè)計中，系統(tǒng)啟動后先檢測是否有信號輸入，若存在輸入信號，則判斷輸入信號的通道，并為信號做標(biāo)記（即A/B信號）且啟動AD轉(zhuǎn)換與計數(shù)定時。轉(zhuǎn)換結(jié)束，由按鍵控制存儲數(shù)據(jù)與回顯，若存儲側(cè)調(diào)用存儲單元對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，若回顯，則從存儲單元調(diào)用采集數(shù)據(jù)并輸出到DA轉(zhuǎn)換單元處理等待顯示。 第五章 系統(tǒng)測試 測試儀器 SS2323雙路可跟蹤直流恒壓電源‘ TFG6060 DDS信號源 巖崎 7802 模擬示波器 輸入阻抗。輸出阻抗為134Ω滿足不大于1KΩ的要求。 B通道指標(biāo)測試輸入雙極性信號，Vpp=100mV輸入周期輸出周期周期誤差輸出峰峰值峰峰值誤差100ms ms%%10ms ms%%1ms ms%% ms%%第六章 實驗結(jié)果分析與討論經(jīng)測試，本設(shè)計能完成對A通道