混合信号示波器..docVIP

混合信号示波器STM32F103ZE为核心处理器件，综合ADC、DMA、DAC、TIM等，完成对信号的整形与触发、调理与放大、采样与保持、A/D、D/A转换、存储及数据处理，最终通过TFT液晶屏幕实现对模拟信号以及数字信号波形的显示。对整个系统采用模块化的设计思想，本文详细介绍了电源模块、DDS信号发生模块、信号处理模块、按键模块、STM32F103ZE控制运算STM32F103ZE，DDS信号发生 目录 摘要 1 目录 2 引言 3 1 方案设计 3 1.1 控制系统方案的比较 3 1.2 理论分析与计算 3 1.3 系统结构框图 4 1.4 电源模块 4 1.5 信号产生模块 5 1.6 信号处理模块 6 1.7 按键模块 7 1.8 显示模块 7 2 软件设计 8 2.1 开发环境 8 2.2 软件流程图 8 3 设计实现 9 3.1 出现的问题以及解决方法 9 4 测试 9 4.1 测试仪器 9 4.2 测试过程 9 4.3 测试结果 10 5 结论 10 6 参考资料 10 1 引言 如今示波器就好比电子开发者的眼睛，每个者都希望有一台示波器STM32F103ZE控制运算Δt后再进行第二次采样，第三次采样则是在第三个周期到来后再延时2Δt的时刻，以此类推。将采集到的数据以间隔Δt顺序排列（如图1所示），即可恢复信号波形。等效采样速率fs=1/Δt，而实际的采样频率fs′=1/(T+Δt)，由于ΔtT，故fsfs′。因此，等效采样技术可以用较低速的A/D实现对高频周期信号的采样。 图1 等效采样说明图 为了进一步减小实际的采样频率，可每隔nT+Δt的时间间隔对输入信号采样一次。在此，我们取n=20，则当输入信号频率达到5MHz时，实际采样频率约为5MHz/20=250kHz。 （2）垂直灵敏度 垂直灵敏度有四档指标要求：0.05V/div、0.5V/div、1V/div和2V/div，为此必须在前端设计一个有四种增益的放大电路。A/D转换器TLC5510的基准电压为2V，D/A转换器TLC7528的基准电压为2.5V，此外，该DAC的输出还具有两倍的增益，因此，其满幅输出为5V。示波器显示屏垂直方向有8格，对应为5V，即0.625/div，而信号经过D/A和A/D后又被放大了2.5倍，由此计算四档垂直灵敏度对应的放大倍数如表1.1所示。 表1.1 垂直灵敏度与放大倍数的关系 垂直灵敏度 0.05V/div 0.5V/div 1V/div 2V/div 20V/div 放大倍数 5 0.5 0.25 0.125 0.0125 （3）扫描速度 本系统显示屏的水平刻度为10格，水平显示分辨率n为20点/div，则水平共显示20点/div×10div = 200个点。假设扫描速度为s，采样频率为f，则f = n/s，由此得到设计要求的四档扫描速度所对应的采样频率如表1.2所示。 表1.2 扫描速度与采样频率的关系 扫描速度 1ms/div 0.1ms/div 10us/div 1us/div 采样频率 20KHz 200MHz 2MHz 20MHz 当扫描速度在1ms/div、0.1ms/div和10us/div档时采用实时采样方式进行采样，当扫描速度在1us/div档时采用等效采样方式 2.3 系统结构框图 简易混合信号示波器结构框图如图2所示，以模块化的设计思想完成对整个系统的控制，后面将逐一介绍各个模块的处理框图以及工作原理。 图2 系统结构框图 2.4 电源模快 图3 电源模块组成框图 方案一：如图3所示，变压器将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，由整流电路，利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电，再经过滤波电路将其中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压，最终由稳压电路输出直流稳定的电压，但考虑到需要连接220V的交流电，以及电路复杂等原因排除此方案。 图4 电源组成模块 方案二：如图4所示，直接由电源适配器提供5V直流电压作为电源，经过稳压电路，得到稳定的电压，不仅简化了电路，而且携带更加方便，因此选用该方案。 2.5 信号产生模块 图5 信号产生原理图 方案一：如图5所示，U401是由Ha741所构成的文氏振荡器，运放的负端到地可调电位器VR401，因此运算放大器的增益可调，满足A=1+RF/R1≥3，VT401接成电压跟随器，其输出接VR402电位器，因此输出的正弦波幅度可调。 图6 信号产生原理图 方案二：AD9850内含可编程DDS 系统和，可实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位，由一个和一个N位相位组成。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后