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）I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核心，3.2寸触摸液晶屏作为控制及显示设备，凭借基于直接式数字频率合成器的芯片AD9851作为信号源和高速AD采样芯片AD9280制作。通过编写单片机STC15F2K61S2相关控制代码，在触摸液晶屏实现功能选择,数字输入及结果显示，包括信号发生器和简易示波器。信号发生器需达到输出指定频率的正弦信号并在屏幕上显示，简易示波器则需完成对数据的采集和计算并将波形及相关参数显示在屏幕上。该设计简洁便携，价格便宜，能满足大部分场合的需求。【关键词】触摸屏单片机信号发生器示波器四川大学锦江学院毕业论文（设计）IITheDesignofPortablesignalgeneratorandoscilloscope——SoftwareDesign【Abstract】Thedesignofsingle-chipcontroltechnologyasthecore,3.2-inchLCDtouchscreenasthecontrolanddisplayequipment,withdirectdigitalfrequencysynthesizerbasedchipAD9851ADasasignalsourceandhigh-speedsamplingchipAD9280production.BywritingtherelevantcodetothemicrocontrollerSTC15F2K61S2inLCDtouchscreenfunctionselectionandresultsachieved,includingsignalgeneratorsandsimpleoscilloscope.Requiredtoachievethespecifiedsignalgeneratoroutputfrequencysinusoidalsignalanddisplayedonthescreen,youneedtocompleteasimpleoscilloscopedatacollectionandcalculationparametersandwaveformsanddisplayedonthescreen.Thedesignissimple,portable,inexpensive,canmeettheneedsofthemajorityofoccasions.【Keywords】Touchscreen;Microcontroller;SignalGenerator;Oscilloscope;四川大学锦江学院毕业论文（设计）III目录1绪论......................................................................11.1背景................................................................11.2现状与发展..........................................................11.3论文主要工作........................................................22方案论证..................................................................32.1单片机的通信方案论证................................................32.2串口收发方式的方案论证..............................................43理论分析与计算............................................................53.1Vpp、Vmax、Vmin的计算...............................................53.2Vrms的计算..........................................................53.3扫频参数与晶振时间的计算............................................64软件设计..................................................................64.1主程序..............................................................74.2信号发生器子程序....................................................84.3示波器子程序.......................................................105硬件设计.................................................................125.1高速AD采集前置电路................................................125.2高速AD采样电路....................................................125.3DDS信号源电路......................................................136系统测试.................................................................146.1测试仪器...........................................................146.2示波器功能测试.....................................................146.3信号发生器功能测试.................................................156.4系统整机测试.......................................................157总结以及展望.............................................................16致谢......................................................................18参考文献...................................................................19附录......................................................................20四川大学锦江学院毕业论文（设计）--11绪论随着我国高速发展，信息时代已悄然来临，电子电气与数字信息深入了百姓生活中的方方面面。越来越多的基建设施开始修建并投入使用。为了降低维护人员的工作强度提高工作人员的效率，国内已经涌现出大批便携式的测量仪涉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测量仪器,也是用处最广泛的仪器。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,一般只能在固定场合使用。而工程测量中往往不可能时时刻刻携带笨重的“台式”仪器，因此市场对手持测量仪器的操作简单、快捷，用途多样化的需求越来越明显。其操作简单、快捷，实时性强，在电子测量领域得到了广泛的应用。很好的弥补了固定测量设备灵活性差，功能单一的缺点，可以有效的完成检测及测试任务，能有效提高户外测量人员的工作效率。因此设计一种具有这两种测量功能的测量仪，体积小、如普通万用表大，质量轻、操作简单，通过触屏进行功能选择，即可实现这两种基本测量的仪器具有重要意义。1.1背景目前仪器仪表呈现出高速发展趋势，20世纪中期以后，随着自动控制理论的产生和自动控制技术的逐渐成熟，以A/D(数字/模拟转换)环节为基础的数字式仪器仪表得到快速发展。伴随着通讯、计算机、软件和新材料、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、虚拟化、网络化。数字仪器、智能仪器、个人计算机仪器、虚拟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位置，在工信部相关资源中对传感器及智能化仪器仪表的研发及产业化予以支持【1】。我国仪器仪表行业广泛通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。而随着十二五的到来，我国仪器仪表行业也必将进入一个超高速发展阶段。未来五年，仪器仪表行业总产值将达到或接近万亿元，年平均增长率高达15%。未来五年，我国仪器仪表行业将应用电子商务开拓市场，其必将成为行业持续发展的主流趋势【1】。所以便携式仪器弥补了传统仪器的不足，价格便宜，将具有更大的市场。1.2现状与发展尽管在国家宏观调控政策的引导与控制下，我国仪器仪表行业在近些年来取得了前所未有的高速发展，然而核心技术的缺失，大量高尖端产品仍然依赖国外进口，这是我国仪器仪表行业面临的严峻考验之一。中国仪器仪表行业协会顾问董景辰曾经指出：其实很早就有人看到，现今仪器仪表行业企业小、散、乱的状况也是阻碍本行业发展的重要原因之一。但是在经济高速发展时期，市场需求很大，小、散、乱企业生产的产品也都能完成销售任务，因此企业没有动力，也没有需求来改变这一现状。事实上，市场经济的无序竞争确实要为当今仪器仪表行业的一四川大学锦江学院毕业论文（设计）--2部分现状买单。然而，由于企业实力不强，造成在技术研发和制造生产过程方面的人才与资金投入严重不足，致使国内产品和国外相比还有很大差距却更是主要的原因【2】。1、加大技术研发和制造投入我国仪器仪表虽然占有市场的大量份额，但主要聚集在低端市场。大部分高端精密仪器仍然需要进口，大部分技术和产品研发还处在跟踪国外的状态。为了面对国际市场竞争的残酷性，仪器仪表企业必须加大技术研发和制造投入，掌握核心技术这样才能在残酷的市场中获得一席之地。2、规范仪器仪表行业当今我国大部分仪器仪表企业主要面向低端民用市场，企业多，技术难度低，导致在低端市场竞争激烈，甚至出现恶性竞争，产品质量无法保证。因此需要规范仪器仪表行业使仪器仪表行业走向良性发展。3、政策的大力支持随着国家大力振兴发展高新产业、推进两化融合，国民经济中各行业自动化程度逐步提高，对仪器仪表的需求持续增长，故仪器仪表行业虽然也受到国内外经济疲软的影响，但受到的冲击程度较小，行业在整体上仍保持了平稳增长【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最小系统为核心，以高速AD采集模块，DDS信号发生器以及3.2寸触摸液晶屏作为外围器件。A的最小系统连接3.2寸触摸屏并通过串口与B相连，B连接高速AD采集模块（AD9280）和DDS信号发生器(AD9851)。系统上电后，通过触摸显示屏选择功能，A接受到命令后传给B，由B驱动相关电路完成采集或信号输出工作。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、国内外发展现状、论文主要工作。第二章方案与论证。对单片机