基于ARM的便攜式數(shù)字示波器設(shè)計

摘 要本項目研究的是一款小型的便攜式數(shù)字示波器，體積小巧，攜帶方便，成本低廉，可以應(yīng)用于生產(chǎn)、工程實踐、開發(fā)調(diào)試和實驗教學(xué)。示波器采用ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32處理器作為主控系統(tǒng)，觸摸屏控制，液晶屏顯示，整體尺寸大約為4.3寸-7寸之間，可以實時采集顯示波形信號，觀察波形的形狀，觀察相位變化，測量波形的電壓、周期（頻率）等參數(shù)，是非常實用的一款便攜式的電子圖示測量儀。

【關(guān)鍵詞】便攜式 數(shù)字示波器

示波器是理工科學(xué)生必須掌握的一種測量工具，也是非常常用的工具。我們考慮設(shè)計一款便攜的數(shù)字示波器，具備示波器觀察波形、測量電壓、周期等基本的功能，小巧實用，價格便宜，使得普通的學(xué)生或者調(diào)試工程師都可以有經(jīng)濟(jì)條件購買和使用。這樣使得調(diào)試設(shè)計的工作不需要局限在實驗室了，隨時隨地可以完成；部分測試、檢驗工程師可以不必攜帶笨重的大型示波器，只需要小型的數(shù)字示波器就可以完成現(xiàn)場的測試、調(diào)試工作。

本設(shè)計中的實物作品有以下特征：

（1）體積小巧，便攜，成本低廉；

（2）具備觀察電信號的波形，測量電壓、周期（頻率）等基本功能；

（3）液晶屏顯示波形，顯示電壓、時間控制參數(shù)，波形顯示實時、穩(wěn)定。

1 方案設(shè)計

本項目采用STM32處理器，主頻可以運(yùn)行到72MHz以上，通過內(nèi)置的AD模塊，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，采樣速率大約為1MHz，精度為12Bit；軟件方面采用實時操作系統(tǒng)μC/OS和圖形界面μC/GUI，實時處理采集的數(shù)據(jù)，控制波形TFTLCD顯示、參數(shù)測量等工作。信號經(jīng)過條理電路預(yù)處理（包括耦合方式調(diào)節(jié)等），再經(jīng)過程控放大電路對電壓進(jìn)行縮放，由STM32內(nèi)部AD采樣電路將模擬的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，由STM32存儲處理，實時顯示波形，測量波形的參數(shù)。自行設(shè)計高效通訊協(xié)議，傳輸控制命令和數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

系統(tǒng)的硬件主要由前端的信號調(diào)理電路、程控放大電路、AD采樣電路、ARM主控電路和顯示電路。圖1為示波器前端信號處理電路總圖。

3 系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計

系統(tǒng)的軟件部分采用實時操作系統(tǒng)μC/OS和圖形界面μC/GUI，實時處理采集的數(shù)據(jù)，控制波形TFTLCD顯示、參數(shù)測量等工作。

4 測試結(jié)果與分析

經(jīng)過實際測試，本系統(tǒng)可以滿足以下技術(shù)指標(biāo)：

（1）可以實時將采集到的信號波形顯示在顯示屏；

（2）實時計算信號的電壓峰峰值、周期、頻率、占空比等參數(shù)；

（3）垂直電壓靈敏度：10mV/div，20mV/div，50mV/div，0.1V/div，0.2V/div，0.5V/div，1V/div，2V/div，5V/div；

（4）水平時基范圍：2S，1S，500mS，200mS，100mS，50mS，20mS，10mS，5mS，2mS，1mS，500uS，200uS，100uS，50uS，20uS，10uS，5uS，2uS，1uS；

（5）實時采樣率≥1MSa/s ，采樣精度為12Bits；

（6）最高輸入電壓20Vpp；

（7）耦合方式：AC/DC；

（8）觸發(fā)功能：實現(xiàn)自動、常規(guī)、單次觸發(fā)方式 ，上升或下降邊沿觸發(fā)。

5 結(jié)論

這款便攜的數(shù)字示波器，具備示波器觀察波形、測量電壓、周期等基本的功能，雖然采樣速率不高，但是小巧實用，價格便宜，使得普通的學(xué)生或者調(diào)試工程師都可以有經(jīng)濟(jì)條件購買和使用，完全滿足日常的使用要求。具備較高的市場價值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

朱嫻（1984-），女，江蘇省南京市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院講師，主要從事電子與通信工程方面的研究。

作者單位

南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院 江蘇省南京市 211100