便携式信号发生器及示波器设计软件设计.docx
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便携式信号发生器及示波器设计软件设计
毕业论文(设计)
题目便携式信号发生器及示波器设计—软件设计
院系电子信息学院
专业电子信息工程年级2010级
学生姓名苟浩
学号100610103
指导教师沈毅斌
四川大学锦江学院毕业论文(设计)
便携式信号发生及示波器设计——软件设计
电子信息工程专业
学生苟浩指导教师沈毅斌
【摘要】本设计以单片机控制技术为中心,3.2寸触摸液晶屏作为控制及显示设备,依靠鉴于直接式数字频次合成器的芯片AD9851作为信号源和高速AD采样芯片AD9280制作。
经过编写单片机STC15F2K61S2有关控制代码,在触摸液晶屏实现功能选择,数字输入及结果显示,包含信号发生器和简略示波器。
信号发生器需达到输出指定频次的正弦
信号并在屏幕上显示,简略示波器则需达成对数据的收集和计算并将波形及有关参数显示在屏幕上。
该设计简短便携,价钱廉价,能知足大多数场合的需求。
【重点词】触摸屏单片机信号发生器示波器
I
四川大学锦江学院毕业论文(设计)
TheDesignofPortablesignalgeneratorandoscilloscope
——SoftwareDesign
【Abstract】Thedesignofsingle-chipcontroltechnologyasthecore,3.2-inchLCDtouch
screenasthecontrolanddisplayequipment,withdirectdigitalfrequencysynthesizerbasedchipAD9851ADasasignalsourceandhigh-speedsamplingchipAD9280production.BywritingtherelevantcodetothemicrocontrollerSTC15F2K61S2inLCDtouchscreenfunctionselectionandresultsachieved,includingsignalgeneratorsandsimpleoscilloscope.Requiredtoachievethespecifiedsignalgeneratoroutputfrequencysinusoidalsignalanddisplayedonthescreen,youneedtocompleteasimpleoscilloscopedatacollectionandcalculationparametersandwaveformsanddisplayedonthescreen.Thedesignissimple,portable,inexpensive,canmeettheneedsofthemajorityofoccasions.
【Keywords】Touchscreen;Microcontroller;SignalGenerator;Oscilloscope;
II
四川大学锦江学院毕业论文(设计)
1
绪论......................................................................
1
1.1
背景................................................................
1
1.2
现状与发展..........................................................
1
1.3
论文主要工作........................................................
2
2
方案论证..................................................................
3
2.1
单片机的通信方案论证................................................
3
2.2
串口收发方式的方案论证..............................................
4
3
理论剖析与计算............................................................
5
3.1
Vpp、Vmax、Vmin的计算...............................................
5
3.2
Vrms的计算..........................................................
5
3.3
扫频参数与晶振时间的计算............................................
6
4
软件设计..................................................................
6
4.1
主程序..............................................................
7
4.2
信号发生器子程序....................................................
8
4.3
示波器子程序.......................................................
10
5
硬件设计.................................................................
12
5.1
高速AD收集前置电路................................................
12
5.2
高速AD采样电路....................................................
12
5.3
DDS信号源电路......................................................
13
6
系统测试.................................................................
14
6.1
测试仪器...........................................................
14
6.2
示波器功能测试.....................................................
14
6.3
信号发生器功能测试.................................................
15
6.4
系统整机测试.......................................................
15
7
总结以及展望.............................................................
16
致谢.
.....................................................................
18
参照文件...................................................................
19
附录.
.....................................................................
20
III
四川大学锦江学院毕业论文(设计)
1绪论
跟着我国高速发展,信息时代已悄悄到临,电子电气与数字信息深入了百姓生活中的方方面面。
愈来愈多的基建设备开始修筑并投入使用。
为了降低保护人员的工作强度提升工作人员的效率,国内已经浮现出大量便携式的丈量仪波及到各个工业民用领域。
数字示波器、信号发生器都是常用的检测丈量仪器,也是用途最宽泛的仪器。
但传统的示波器及信号发生器的体积都比较大,不像万用表那样携带方便,一般只好在固定场合使用。
而工程丈量中常常不行能不时辰刻携带粗笨的“台式”仪器,所以市场敌手持丈量仪器的操作简单、快捷,用途多样化的需求愈来愈显然。
其操作简单、快捷,及时性强,在电子丈量领域获取了宽泛的应用。
很好的填补了固定丈量设备灵巧性差,功能单调的弊端,能够有效的达成检测及测试任务,能有效提升户外丈量人员的工作效率。
所以设计一种拥有这两种丈量功能的丈量仪,体积小、如一般万用表大,质量轻、操作简单,经过触屏进行功能选择,即可实现这两种基本丈量的仪器拥有重要意义。
1.1背景
目前仪器仪表体现出高速发展趋向,20世纪中期此后,跟着自动控制理论的产生和
自动控制技术的渐渐成熟,以A/D(数字/模拟变换)环节为基础的数字式仪器仪表获取快
速发展。
陪伴着通信、计算机、软件和新资料、新技术等的高速发展与成熟,人工智能化
在线测控成为可能,使仪器走向智能化、虚构化、网络化。
数字仪器、智能仪器、个人计
算机仪器、虚构仪器和网络仪器代表了20世纪现代科学仪器发展的主流与方向。
《仪器仪
表行业“十二五”规划》要求把传感器及智能化仪器仪表摆到推动制造业转型升级的重要
【1】
地点,在工信部有关资源中对传感器及智能化仪器仪表的研发及家产化予以支持。
我国仪器仪表行业宽泛经过电子商务领域进行应用,为该行业发展做出了强有力的
贡献。
而跟着十二五的到来,我国仪器仪表行业也势必进入一个超
高速发展阶段。
将来五年,仪器仪表行业总产值将达到或靠近万亿元,年均匀增添率高达
15%。
将来五年,我国仪器仪表行业将应用电子商务开辟市场,其势必成为行业连续发展
的主流趋向【1】。
所以便携式仪器填补了传统仪器的不足,价钱廉价,将拥有更大的市场。
1.2现状与发展
只管在国家宏观调控政策的指引与控制下,我国仪器仪表行业在近些年来获得了前所
未有的高速发展,但是中心技术的缺失,大量高尖端产品仍旧依靠外国进口,这是我国仪
器仪表行业面对的严重考验之一。
中国仪器仪表行业协会顾问董景辰以前指出:
其实很早就有人看到,当今仪器仪表行
业公司小、散、乱的情况也是阻挡本行业发展的重要原由之一。
可是在经济高速发展期间,
市场需求很大,小、散、乱公司生产的产品也都能达成销售任务,所以公司没有动力,也
没有需求来改变这一现状。
事实上,市场经济的无序竞争的确要为此刻仪器仪表行业的一
-1-
四川大学锦江学院毕业论文(设计)
部分现状买单。
但是,因为公司实力不强,造成在技术研发和制造生产过程方面的人材与
【2】
资本投入严重不足,以致国内产品和外国对比还有很大差距却更是主要的原由。
1、加大技术研发和制造投入
我国仪器仪表固然据有市场的大量份额,但主要齐集在低端市场。
大多数高端精细仪
器仍旧需要进口,大多数技术和产品研发还处在追踪外国的状态。
为了面对国际市场竞争
的残忍性,仪器仪表公司一定加大技术研发和制造投入,掌握中心技术这样才能在残忍的
市场中获取一席之地。
2、规范仪器仪表行业
此刻我国大多数仪器仪表公司主要面向低端民用市场,公司多,技术难度低,以致在
低端市场竞争激烈,甚至出现恶性竞争,产质量量没法保证。
所以需要规范仪器仪表行业
使仪器仪表行业走向良性发展。
3、政策的鼎力支持
跟着国家鼎力复兴发展高新家产、推动两化交融,公民经济中各行业自动化程度逐渐
提升,对仪器仪表的需求连续增添,故仪器仪表行业固然也遇到国内外经济疲软的影响,
但遇到的冲击程度较小,行业在整体上仍保持了安稳增添【3】。
1.3论文主要工作
本设计以2块单片机(分别用A和B表示)STC15F2K61S2最小系统为中心,以高速AD收集模块,DDS信号发生器以及3.2寸触摸液晶屏作为外头器件。
A的最小系统连结3.2寸触摸屏并经过串口与B相连,B连结高速AD收集模块(AD9280)和DDS信号发生器(AD9851)。
系统上电后,经过触摸显示屏选择功能,A接遇到命令后传给B,由B驱动相
关电路达成收集或信号输出工作。
本文主要介绍便携式发生器及示波器的软件设计、实现过程。
第一章绪论。
主要介绍了便携式信号发生器及示波器的开发背景、国内外发显现状、论文主要工作。
第二章方案与论证。
对单片机通信方式及部分代码的编写方式进行功能剖析,设计几种方案,并进行其可行性、技术路线、重点技术以及技术难点与解决方案的剖析,最后选出最可行的方案。
第三章有关计算公式理论。
主要介绍示波器的有效电压,频次,幅值等的计算。
第四章软件设计。
先进行单片机程序设计,程序编好后就进行对其进行测试。
第五章硬件设计。
先进行原理图的设计,用AD画出原理图,再进行PCB的设计,但必定要注意元器件参数与测试方法的选择,近来进行电路板的焊接。
第六章系统的调试与结论。
调试软件,并对系统进行整合,观察项目结果。
-2-
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2方案论证
本设计鉴于STC15F2K61S2单片机,高速AD9280及DDS信号发生器AD9851实现信号
发生器和简略示波器设计。
在触摸液晶屏实现功能选择,数字输入及结果显示;信号发生
器功能实现输出指定频次的正弦信号并在屏幕上显示;简略示波器功能达成对数据的收集和计算并将波形及有关参数显示在屏幕上。
软件流程图以下列图所示。
图1软件流程图
系统上电后,单片机A接遇到的来至触摸屏的控制信号和控制参数经过串口授给单片
机B,单片机B在依据有关命令驱动有关电路并将结果回执给单片机A,单片机A对回执数据办理后显示在屏幕上。
2.1单片机的通信方案论证
单片机的通信主要达成单片机与单片机或单片机与其余外设的数据互换。
要求传输稳
定据有极少的系统或硬件资源。
目前单片机主机从机之间的通信主要有SPI、UART、I2C
三种方式。
-3-
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2.1.1SPI(SerialPeripheralInterface--串行外设接口)
SPI总线接口系统是一种同步串行外设接口,它能够使MCU与多种外头设备以串行方
式进行通信以达成信息流的互换。
主要优弊端以下1、传输速度快,为全双工通信其传输
速度较I2C快好多能达到几Mbps。
2、固然SPI传输速度较快,但他占用了许多的I/O口,
且没有应答体制没法确认能否达成接收。
接收框图以下列图所示。
图2SPI接收构造图
2.1.2I2C内部整合电路
用于MCU及其外头设备的连结。
是此刻微电子通信和电子控制领域中使用最宽泛的一
种总线标准。
它是同步通信的特别形式中的此中一种,I2C拥有接口线少,控制方式简单
有效,器件封装形式较小,通信速率较高等长处。
但本设计中STC15F2K61S2单片机不具
备I2C硬件接口,只好经过代码软件模拟通信方式,代码工作量较大。
所以不采纳此方式进行通信。
2.1.3UART(UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter--通用异步收发传输器)
UART是一种通用串行数据总线,用于异步通信。
该通用串行总线为双向通信,能够实
现全双工传输和接收。
且大多数单片机都带有1个或多个UART。
UART通信方式代码简单,传输效率高,且只占用2个I/O口,其性能指标,与简单的
代码设计完整能知足本次作品设计所以在本设计中我选择UART方式进行通信。
2.2串口收发方式的方案论证
串口收发方式主要有中止方式和查问方式,中止方式比较合适办理拥有随即特征的事
件,事件发生后向cpu提出申请,而后cpu会保留目前的任务转去办理事件。
编程时采纳查问方式则需要程序不断查问标记位来确立事件能否已经发生,而中止方
式要编写中止服务子程序来办理中止事件。
中止方式和查问方式其差别简单总结以下列图所示
图3查问与中止方式总结图
-4-
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中止方式与查问方式对比能节俭系统开支不浪费CPU资源,但在本设计中主从机串口
不单都用来发丧命令数据也都有接收命令数据且数据的收发时间段是已知的。
为方便代码
编写,明确程序流程。
在本系统中查问方式与中止方式对比系统开支相差无几。
综上所述,本次设计采纳查问方式设计以方便代码的编写。
3理论剖析与计算
本设计主要经过高速A\D采样实现便携式示储存波器功能,便携式示波器需要达成对波形常有参数的计算包含Vpp、Vmax、Vmin、Vrms。
此中不一样波形的Vrms计算不一样且较为复杂。
3.1Vpp、Vmax、Vmin的计算
AD9820为8位高速A\D芯片,量程为0~2V,本设计加入了前置梳理电路使量程变成
-5V~+5V,模数变换后值为0~255。
所以可计算出分辨率为10/256=0.0390625V。
在值为127时输入电压为零。
大于127时输入电压为正,小于127输入电压为负。
Vmax的值为AD
收集数据中对应的最大数值当Vmax大于127时其值为(最大收集数值-127)*0.0390625。
小于127时其值为最大收集数值*0.0390625-5。
同理Vmin为值为AD收集数据中对应的最小数值当Vmin大于127时其值为(最小收集数值-127)*0.0390625。
小于127时其值为最小收集数值*0.0390625-5。
Vpp为峰峰值其计算方法为
Vpp=Vmax-Vmin
(1)
3.2Vrms的计算
Vrms指沟通电的有效值是依据电流的热效应规定的让交变电流和直流电经过相同的电阻,假如它们在同一时间内产生的热量相等,就把这向来流电的数值叫做这一沟通电的有效值简而言之就是周期电源顶用來运算均匀功率或均匀能量之大小值,称为有效值。
如有一周期T的沟通电压,在一周期时间內对一负载R所做的功为【5】
WPt
v2
T
1Tv2tdt
(2)
R
R0
而在同一時間直流电压V对负载R所做的功為
WP
v
2
(3)
t
T
R
若二者做功相同则有
-5-
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v2
T
1Tv2tdt
(4)
R
R0
变换得
V
T
V2(t)dt
0
(5)
T
这个电压即为有效电压也称均方根值。
本设计中考虑到单片机的性能只对正弦波、三角波、方波进行Vrms计算,从软件设计上让系统自动判断波的种类较为复杂,所以当用户察看到波形后手动选择计算种类计算相
关参数。
正弦波的有效值为
Um
Vrms(6)
2
三角波的有效值为
Um
Vrms(7)
3
方波的有效值为
VrmsUm
(8)
3.3扫频参数与晶振时间的计算
本设计中采纳的晶振为24MHz,且STC15F2K61S2是1T单片机此时1时钟周期等于1
机器周期,但在本设计中为方便计算并减小偏差准时器任然采纳12T模式所以可依据时钟
晶振的振荡频次计算出机器周期,所以一个计数周期
T=1/(24Mhz/12)=0.5us(9)
扫频模式中需要用户输入开端频次、停止频次、步进及扫频时间这些有关参数。
步进
次数=(停止频次-开端频次)/步进,步进时间=扫频时间/步进次数。
经过准时器0的多
次准时计数即可确准时间进行相应的幅值最后达成扫频功能。
4软件设计
在硬件的基础上对软件进行设计,系统设计要求包含两大功能简略信号发生器和简略
示波器用户能够依据需要自行选择相应的功能。
此中简略信号发生器要求用户能任意选择
-6-
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模式或改正参数,简略示波器要求能进行波形显示、部分参数显示、储存、时间轴可调等。
以上功能也是有关模块的基本功能,实现这些功能使得系统更为人性化更拥有适用性。
所以依据系统软件设计要求将软件区分为:
信号发生器、简略示波器两大模块。
4.1主程序
主程序达成系统初始化并等候用户进行功能选择,此中初始化包含初始化触摸显示屏、串口等。
图4程序流程图
系统上电随即开始运前进入主程序,进入主程序后先开始初始化,初始化包含整个系
统所需要的一系列外设,最初开始初始化触摸显示屏随后是串口。
初始化达成后系统将功
能显示输出在屏幕上等候用户进行功能选择。
选择相应功能后即进入相应的子模块。
主要(重点)代码:
main()
{
spistar();//模拟SPI初始化
Lcd_Init();//tft初始化
uart_init();//串口初始化
-7-
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LCD_Clear(WHITE);//清屏
BACK_COLOR=BLACK;;POINT_COLOR=WHITE;
kaishijiemian();
while
(1)
{
Convert_Pos();//检测触摸屏
if((tp_pixlcd.x>87)&&(tp_pixlcd.x<155)&&(tp_pixlcd.y>200)&&
(tp_pixlcd.y<235))
{
tp_pixlcd.x=0;tp_pixlcd.y=0;
zhujiemian();
}
}
}
此段程序是系统初始化的程序,初始化触摸显示屏和串口后,以白色清屏读取开始界
面,将功能界面显示在屏幕上,随后进入无穷循环不断的检测触摸屏上能否有输入,当侦
测到有输出且在触摸屏上指定的地区便可履行有关子函数。
4.2信号发生器子程序
当用户在功能选择界面选择信号发生器时即进入信号发生器子程序,信号发生器又分
固定频次输出和扫频模式输出。
用户在主程序中选择信号发生器功能后进
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- 关 键 词:
- 便携式 信号发生器 示波器 设计 软件设计