波形采集存储与回放系统.docx
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波形采集存储与回放系统.docx
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波形采集存储与回放系统
波形采集、存储与回放系统
Waveformacquisition,storageandplaybacksystem
专业:
应用电子技术
学生:
指导教师:
二零壹贰年陆月
电子工程系
毕业设计任务书
装订线
专业:
应用电子技术 年级:
2009级
姓名
学号
指导教师(签名)
毕业设计题目
波形采集、存储与回放系统
任务下达日期
2011年11月28日
设计提交期限
2012年6月5日
设计主要内容
设计并制作一个波形采集、存储与回放系统,该系统能同时采集两路周期信号波形,要求系统断电恢复后,能连续回放已采集的信号,显示在示波器上。
主要技术参数指标
(1)能完成A通道单极性信号(0V~4V)、频率约1kHz信号的采集、存储与连续回放。
要求系统输入阻抗不小10kΩ,输出阻抗不大于1kΩ。
(2)采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。
原信号与回放信号电平之差的绝对值≤50mV,周期之差的绝对值≤5%。
(3)系统功耗≤50mW,尽量降低系统功耗,系统内不允许使用电池。
(4)增加B通道对双极性、电压峰峰值为100mV、频率为10Hz~10kHz信号的采集。
可同时采集、存储与连续回放A、B两路信号,并分别测量和显示A、B两路信号的周期。
B通道原信号与回放信号幅度峰峰值之差的绝对值≤10mV,周期之差的绝对值≤5%。
(5)可以存储两次采集的信号,回放时用按键或开关选择显示指定的信号波形。
成果提交形式
实物和论文
设计进度安排
(1)2011年11月28日至12月20日:
设计题目分析与资料收集;
(2)2011年12月20日至2012年2月5日:
方案选择与硬件设计;
(3)2012年2月5日至2012年4月1日:
软件设计与调试;
(4)2012年4月1日至2012年5月12日:
系统整体调试;
(5)2012年5月12日至2012年5月30日:
提交论文作品。
教研室
意见
签名:
2011年月日
系主任
意见
签名:
2011年月日
电子工程系
毕业设计开题报告
姓名
学号
指导教师
毕业设计题目
波形采集、存储与回放系统
同组
设计目的意义
现场不便于设备测量或多个不同地方信号进行测量汇总、分析中,波形采集、存储与回放系统起作重要作用。
研制低功耗的便携式波形采集、存储与回放系统有实质应用意义。
方案论证
方案一:
SPCE061A芯片里内嵌32K字的闪存(FLASH)、2个10位DAC(数-模转换)输出通道、7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器等。
具有较高的处理速度使µ´nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。
方案二:
采用STC89c52单片机实现整个系统的统一控制和数据处理。
虽然,单片机STC89c52是一种8位超低功耗微处理器,具有丰富的片上外设和较强的运算能力,支持在线编程,使用十分方便,性价比较高。
但,内存空间太少,里面又不含D/A、A/D转换模块。
由于本系统涉及大量的数据存储和复杂处理,用它无法满足,需加很多外围电路。
综上,制作一个同时采集两路周期信号波形,系统断电恢复后,能连续回放已采集的信号并显示在示波器上的波形采集、存储与回放系统。
用SPCE061A作为主控芯片是最佳选择。
时间安排
(1)2011年11月28日至12月20日:
设计题目分析与资料收集;
(2)2011年12月20日至2012年2月5日:
方案选择与硬件设计;
(3)2012年2月5日至2012年4月1日:
软件设计与调试;
(4)2012年4月1日至2012年5月12日:
系统整体调试;
(5)2012年5月12日至2012年5月30日:
提交论文作品。
指导教师
意见
签字:
年月日
审核小组意见
组长签字:
年月日
摘要
论文详细介绍了波形采集、存储与回放系统设计原理、电路以及程序设计,并阐述了基于SPCE061A主控芯片实现波形采集、存储与回放系统的设计电路、过程和实现方法以及运行得到的结果分析。
系统能同时采集两路周期信号波形,系统断电恢复后,能连续回放已采集的信号,显示在示波器上。
设计运用SPCE061A作为主控芯片,外围电路简单。
配以适当的信号的输入、输出处理模块和显示模块能得到比较好的系统性能。
关键词:
SPCE061A;LCD1602;比较器;运放
ABSTRACT
Paperintroducedthewaveformacquisition,storageandplaybacksystemdesignprinciple,circuitandprogramdesign,andexpoundsthemaincontrolchipSPCE061Arealizationbasedonacquisition,storageandplaybackwaveformsystemdesign,processandmethodcircuitandtheoperationresultanalysis.Thesystemcansimultaneouslytwowaycyclesignalwaveform,thesystemispowereddownafterrecovery,continuoussignalacquisitionplaybackhasdisplayedinanoscilloscope.ThedesignUSESSPCE061Achipasthemaster,peripheralcircuitissimple.Matchwiththeappropriatesignalinput,outputprocessingmoduleanddisplaymodulecangetbetterperformanceofthesystem.
KEYWORDS:
SPCE061A;LCD1602;comparator;op-amp
第一章引言
随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展,数字信号处理技术已经逐渐发展成为一门关键的技术学科。
而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能。
这一方面极大地促进了数字信号处理技术的进一步发展;另一方面,它也使数字信号处理的应用领域得到了极大的拓展。
在国外DSP芯片已经被广泛地应用于当今技术革命的各个领域;在我国,DSP技术也正以极快的速度被应用到科技和国民经济的各个领域。
目前,在微电子技术发展的带动下,DSP芯片的发展日新月异,DSP的功能日益强大,性能价格比不断上升,开发手段不断改进。
DSP芯片已经完全走下了“贵族”的圣坛。
DSP芯片已经在通信与电子系统、信号处理系统、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器、电力系统等许多领域中得到了广泛的应用,而且新的应用领域在不断地被发掘。
就如单片机功能集成化的发展领域,其应用领域也逐渐地由传统的控制,扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理(DSP,DigitalSignalProcessing)等领域。
凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。
它的CPU内核采用凌阳最新推出的µ´nSP™(MicrocontrollerandSignalProcessor)16位微处理器芯片(以下简称µ´nSP™)。
围绕µ´nSP™所形成的16位µ´nSP™系列单片机(以下简称µ´nSP™家族)采用的是模块式集成结构,它以µ´nSP™内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口。
部件µ´nSP™内核是一个通用的核结构。
除此之外的其它功能模块均为可选结构,亦即这种结构可大可小或可有可无。
借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成,便可形成各种不同系列派生产品,以适合不同的应用场合。
这样做无疑会使每一种派生产品具有更强的功能和更低的成本。
而SPCE061A是继µ´nSP™系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。
与SPCE500A不同的是,在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能,SPCE061A里只内嵌32K字的闪存(FLASH)。
较高的处理速度使µ´nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。
第二章方案论证与选择
2.1设计相关指标分析及系统构成
设计要求是将待测信号进行数字化后存储,并经过DA转换器恢复模拟信号,通过示波器将被测信号显示出来。
如:
图2-1采集、存储与回放系统示意图。
系统要完成一路单极性信号、一路双极性信号的处理。
具体说明如下:
(1)能完成A通道单极性信号(0V~4V)、频率约1kHz信号的采集、存储与连续回放。
要求系统输入阻抗不小10kΩ,输出阻抗不大于1kΩ。
(2)采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。
原信号与回放信号电平之差的绝对值≤50mV,周期之差的绝对值≤5%。
(3)系统功耗≤50mW,尽量降低系统功耗,系统内不允许使用电池。
(4)增加B通道对双极性、电压峰峰值为100mV、频率为10Hz~10kHz信号的采集。
可同时采集、存储与连续回放A、B两路信号,并分别测量和显示A、B两路信号的周期。
B通道原信号与回放信号幅度峰峰值之差的绝对值≤10mV,周期之差的绝对值≤5%。
(5)可以存储两次采集的信号,回放时用按键或开关选择显示指定的信号波形。
A通道输入A通道输出
B通道输入B通道输出
图2-1采集、存储与回放系统示意图
2.2方案的比较与分析
2.2.1采样方式选择
模拟信号数字化方式很多,不同的方法有不同的应用,采用方式对信号的影响最大。
通常采用的方案有:
方案一:
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。
方案二:
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,获得比较好的信号,根据实践经验。
一个信号周期内对信号取23个点进行采样。
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,因此设计采用实时采样。
2.2.2显示方式及器件选择
显示一般可采用数码管和液晶显示,数码管显示亮度高,但显示字符有限,功耗大,线路复杂。
对多个数码管工作情况下,又分为静态和动态两种工作方式,静态电路线路多而复杂,动态电路要占用系统的时间资源。
系统对功耗有严格要求,不宜采用。
液晶显示,可显示字符多、在不对其操作情况下不占用微处理器时间资源。
功耗低,工作稳定,系统的显示器件选用液晶,考虑实际应用,选择LCD1602液晶显示屏。
2.2.3A/D与D/A转换
采用ADC0809和DAC083
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- 关 键 词:
- 波形 采集 存储 回放 系统