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基于PC和单片机的数字示波器设计

作　者: 王战涛
导　师: 朱瑞祥
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: PC MCU 虚拟 示波器
分类号: TM935.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


现代仪器正在向着智能化、便携式和虚拟化的方向发展。借助少许的采集硬件和通用PC平台,仪器正在由单一化向集成化、由物理仪器向虚拟仪器方向发展。虚拟仪器的发展必将推动现代仪器事业的发展。示波器是现代测试中必不可少的电子仪器。随着现代电子技术和通信技术的飞速进步,示波器的实现方式正在经历着深刻的变革。传统的模拟示波器由于结构和功能上存在的缺点,正在被功能强大、使用方便的数字示波器所取代。目前国产的测试用数字示波器在技术上还比较落后,高性能的数字示波器主要靠进口,进口数字示波器虽然功能强大,但价格太高,难以普及;另外,主流的数字示波器大都面向高频信号,高频DSP和数据采集芯片成本都很高,用于低频信号测试精度又难以满足要求。本设计针对示波器开发以上的两个方面的问题,尝试开发了一种低频虚拟数字示波器。该示波器除了具有传统模拟CRT示波器对波形的采集、显示等一般功能,还可以实现对波形数据的存储和打印,以及对波形参数的计算和显示。本设计的做要工作包括:1、分析了示波器的工作原理和虚拟示波器的结构,探讨了滤波器的实现技术,选择切比雪夫低通滤波器作为低通滤波模型,并运用Matlab软件设计了低通滤波器;2、选低成本单片机PIC16F877作为数据采集和处理单元,将采集到的脉冲转换成数字信号,通过RS232串口传送到PC;3、通过对数字存储示波器功能和结构的分析,运用Proteus绘制了示波器各个模块的模拟和数字电路,对各电路的组成进行了说明;4、对设计中涉及到的通信协议进行了阐述,结合硬件构架和协议开发,运用VC++进行了示波器系统软件的设计,最后运用信号发生器进行了示波器的仿真测试。仿真结果证明,设计的示波器能够对20KHz以内低频信号的获取和显示,满足普通测试要求。具有结构简洁、操作方便、成本低廉的特点,且易于进行功能的扩展,拥有广阔的应用前景。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 文献综述  9-14
  1.1 研究的目的和意义  9-12
    1.1.1 测量仪器的发展现状  9-11
    1.1.2 示波器技术的发展  11-12
  1.2 研究方法、内容与技术路线  12-14
    1.2.1 研究方法及内容  12-13
    1.2.2 技术路线  13-14
第二章 示波器设计原理  14-19
  2.1 示波器工作原理  14-16
    2.1.1 模拟示波器工作原理  14-15
    2.1.2 数字示波器工作原理  15
    2.1.3 虚拟数字示波器  15-16
  2.2 示波器的波形重建技术  16-17
  2.3 虚拟示波器设计要求  17
  2.4 示波器中低通滤波原理和模型的选取  17-18
    2.4.1 低通滤波原理  17
    2.4.2 切比雪夫低通滤波模型的选取和设计  17-18
  2.5 本章小结  18-19
第三章 示波器硬件设计  19-28
  3.1 系统硬件结构  19-22
    3.1.1 系统硬件的选择  19
    3.1.2 数据采集硬件介绍  19-22
    3.1.3 硬件结构图  22
  3.2 系统功能模块设计  22-23
  3.3 采样方式的选择  23-24
  3.4 系统模拟电路  24-25
    3.4.1 电压增益电路  24-25
    3.4.2 系统电源电路  25
  3.5 系统数字电路  25-26
  3.6 通信协议的开发  26-27
    3.6.1 实时工作模式下的通信协议  26-27
    3.6.2 存储工作模式下的通信协议  27
  3.7 本章小结  27-28
第四章 示波器软件设计  28-36
  4.1 软件设计思路  28-31
    4.1.1 虚拟仪器的软件设计方法  28
    4.1.2 软件的多线程实现  28-30
    4.1.3 组件技术在虚拟示波器开发中的应用  30-31
  4.2 软件设计总体方案  31-32
    4.2.1 系统总体方案流程图  31-32
    4.2.2 系统软件网络结构  32
  4.3 虚拟示波器系统模块设计  32-35
    4.3.1 虚拟示波器的系统软件功能模块  32-33
    4.3.2 数据采集模块的设计  33
    4.3.3 A/D 转换的设计  33-34
    4.3.4 数据存储模块的设计  34
    4.3.5 波形显示窗口的设计  34-35
    4.3.6 用户控制界面的设计  35
  4.4 本章小结  35-36
第五章 示波器仿真和测试  36-43
  5.1 测试流程  36-37
  5.2 结果与分析  37-41
    5.2.1 波形显示界面  37-38
    5.2.2 波形显示工具栏  38-40
    5.2.3 波形显示特点  40-41
  5.3 示波器开发成本的计算  41-42
  5.4 本章小结  42-43
第六章 结论与展望  43-45
  6.1 结论  43
  6.2 创新点  43
  6.3 展望  43-45
参考文献  45-49
致谢  49

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 频率、波形参数的测量及仪表 > 示波器
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