基于STM32的虚拟示波器的设计与实现-电子信息工程电路设计毕业论文开题报告

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）开题报告题目： 基于STM32的虚拟示波器的设计与实现 姓名： 王永利 学号： 20102458745 年级： 2010级 专业： 电子信息工程 指导教师：姓名 李文化 职称 讲师 学科 电路设计 辽宁科技大学教务处制说 明一、开题报告前的准备毕业设计（论文）题目确定后，学生应尽快征求指导教师意见，讨论题意与整个毕业设计（论文）的工作计划，然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写研究提纲，主要由以下几个部分构成：1研究（或设计）的目的与意义。应说明此项研究（或设计）在生产实践上对某些技术进行改革带来的经济与社会效益。有的课题过去曾进行过，但缺乏研究，现在可以在理论上做些探讨，说明其对科学发展的意义。2国内外同类研究（或同类设计）的概况综述。在广泛查阅有关文献后，对该类课题研究（或设计）已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述，只对本人所承担的课题或设计部分的已有成果与存在问题有条理地进行阐述，并提出自己对一些问题的看法。3课题研究（或设计）的内容。要具体写出将在哪些方面开展研究，要重点突出。研究的主要内容应是物所能及、力所能及、能按时完成的，并要考虑与其它同学的互助、合作。4研究（或设计）方法。科学的研究方法或切合实际的具有新意的设计方法，是获得高质量研究成果或高水平设计成就的关键。因此，在开始实践前，学生必须熟悉研究（或设计）方法，以避免蛮干造成返工，或得不到成果，甚至于写不出毕业设计（论文）。5实施计划。要在研究提纲中按研究（或设计）内容落实具体时间与地点，有计划地进行工作。二、开题报告1开题报告可在指导教师所在教研室或学院内举行，须适当请有关专家参加，指导教师必须参加。报告最迟在毕业（生产）实习前完成。2本表（页面：A4）在开题报告通过论证后填写，一式三份，本人、指导教师、所在学院（要原件）各一份。三、注意事项1开题报告的撰写完成，意味着毕业设计（论文）工作已经开始，学生已对整个毕业设计（论文）工作有了周密的思考，是完成毕业设计（论文）关键的环节。在开题报告的编写中指导教师只可提示，不可包办代替。2无开题报告者不准申请答辩。一、选题依据（拟开展研究项目的研究目的、意义）测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟仪器、分立式元件仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。模拟式仪器是指针式的，它基于电磁原理进行测量；数字式仪器则适应了快速响应和高精度的要求，将对模拟信号的测量转化成为对数字信号的测量来显示测量结果；智能化仪器仪表则运用了微处理器芯片，通过将程序固化在ROM中以及将测量结果储存在RAM中自动完成各种测量功能。它的功能模块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，相对虚拟仪器而言，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。第四代虚拟示波器，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革。传统示波器是由仪器厂家设定并定义好功能的一个封闭结构，它有特定的输入输出和仪器操作面板，具有波形显示、参数测量等功能。当要实现更多的测量功能时，就要配置更多的仪器，这给用户的使用带来很多的不便，并且传统示波器的测量精度比较低，无法满足高精度的测量要求，而且传统的示波器缺乏相应的计算机接口，配合数据采集及数据处理比较困难。此外传统示波器比较庞大，制造成本比较高，这就增加了测量系统的开发成本。虚拟示波器突破了传统示波器的性能局限，在功能和应用上发生了根本性变化。虚拟示波器不仅实现了传统示波器的功能，而且利用功能强大的微型计算机来完成信号的分析、处理，利用软件技术在屏幕上设计出逼真的仪器面板并显示各种特征图形。计算机功能最大化地服务于虚拟仪器，使仪器功能得到充分发展和完善。 随着计算机技术和现代测试技术的飞速发展，现代测试系统越来越复杂，需要测试的数据量越来越大，对测试的速度、精度、实时性、数据可信度、完整性预计测试系统的可靠性、智能化、开放性等要求越来越高。针对这些要求，如何利用计算机的虚拟仪器技术，快速高效的提出测试系统的构建方案，成为测试系统的首要问题和迫切需要。目前高精度、具有数据存储能力的示波器，由于工艺复杂，技术要求高，因而价格昂贵，所以虚拟示波器的设计具有其经济价值。虚拟仪器这种集计算机技术、通讯技术和测量技术于一体的模块化仪器已在世界范围内得到了广泛的认同与应用，使成千上万传统仪器都融入计算机体系之中。二、文献综述内容（在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献）测试仪器已经有很久的历史，早些时候的仪器都是完全的测试设备，比如EEG(electroencephalo-graph脑电图描记器)记录系统和示波器，它们包括电源，传感器，数字转换和演示，需要人工的参数设置。然而随着虚拟仪器技术的发展，采用“虚拟仪器”来取代传统仪器的新的测控方法正在取代传统的测控系统，即利用数据采集卡、信号调理卡或其他计算机外围硬件进行信号的采集与检测。然后由计算机来实现对信号的处理、计算和分析以及测试结果的显示。LabWindows/CVI是基于标准C语言的集成软件开发环境，其开发虚拟仪器的步骤主要是先确定程序的基本框架，创建用户界面，然后完成程序代码的编写，最后创建工程文件，将程序文件、头文件、用户界面文件加入工程中，编译调试生成可执行文件。虚拟仪器在性能上更具有灵活性用户可根据自身需要定制仪器的功能充分体现了它的优越性彻底打破了传统仪器由厂家定义用户无法改变的模式。1986年，美国国家仪器公司(NationalInstrumentsCrop.)提出“软件就是仪器”的概念。将虚拟仪器应用于教学和科研，已成为当今的发展趋势。在采样频率不是很高的情况下，基于计算机的虚拟示波器将更加便宜和灵活，可以利用采集卡进行采样和输出,可以实现自动测量，这一点在LabVIEW上已经实现。基于计算机的虚拟设备已经得到很大发展，在某些程度可以代替传统的仪器仪表测试。设备的各个部分既可以分开工作，又可以协作，具有很大的灵活性。虚拟示波器巧妙地利用AD/DA转换电路，把电脑变成一台集信号发生器、数字存储示波器、频率计、万用表等多种功能于一体的仪器。在一定范围内完全可以替代上述各种测量仪器，甚至功能更强大。虚拟仪器产业在国内的现状和发展态势不容乐观。我国高档台式仪器如数字示波器主要依靠进口，一方面这些仪器加工工艺复杂、制造水平要求高，生产突破有困难；另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器的设计，提供传统台式仪器所不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。而且我国的计算机技术通信电子等产业的起步比较晚，相对滞后与欧美国家，因此我国对虚拟仪器的研究起步也比较晚，发展比较缓慢。虚拟仪器作为传统仪器的替代品，市场是巨大的。国内外都在加速虚拟仪器的开发与研制，者尤为虚拟仪器的研制增加了必要性和紧迫性。本次研究中的虚拟示波器作为一种重要的虚拟仪器，主要用于高速数据的采集，波形存储和显示，数据分析等。预计本次设计可能出现的问题：1、根据实际情况，由于底层电路板的布局布线的合理性，单片机可能会受到周围环境的干扰，而出现程序跑飞，死机等一些不可预知的不正常工作现象。2、系统硬件设计中采用STM32单片机，操作相对于普通的51单片机复杂，程序的编写和配置容易出现错误。3、下位机与上位机采用USB2.0通信，其传输速度非常快，但是相对配置比较复杂，不容易实现。针对以上问题的解决方案：1、在程序中添加看门狗模块。这样就能定时查询单片机的工作状态,一但发现异常即对单片机延时重起，保证系统安全可靠的运行。2、对于STM32单片机采用库函数编程的方法，可以有效的减少编程中出现的错误，并且对于程序进行分模块编写，出现错误也容易查找。3、充分了解USB2.0模块的特性，大量查阅相关资料，并且将其与以前用过的CAN总线通信相印证，可以很快熟悉并应用此模块。需要准备的仪器及材料：电脑一台（安装KeiluVision4和altium designer软件）、万用表、稳压源、数字示波器、波形发生器、焊台等工具。参考文献：1路林吉,饶家明.虚拟仪器概论J.电子技术,2000(1):44-47.2王永虹,徐炜等.ARM Cortex-M3微控制器原理与实践M.北京:北京航空航天大学出版社，2008:37-50.3谭定忠,何干辉等.基于USB总线的虚拟示波器J.工业仪表与自动化装置,2008(5):85-87.4林海军,杨萍等.基于USB2.0的虚拟数字示波器的设计J.电测与仪表,2008(9):37-41.5薛圆圆.USB应用技术开发大全M.北京：人民邮电出版社,2007:25-32.6赵中义.示波器原理、维修与检测M.北京：电子工业出版社,1990:44-47.7刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计M.北京：电子工业出版社,2003:85-87.8 袁继敏,李小玲,古天祥.基于单计数器控制采集存储的虚拟示波器的设计J.电子测量与仪器学报,2009:25-32.9 沈伟,王军政,汪首坤,张宇河.基于存储扫描方式的任意波形信号发生器卡的设计J.北京理工大学学报,2005:45-49.10Joseph Yiu.The Definitive Guide to the ARM Cortex-M3.U.S.A.2007.11TI.Inc.TL084datasheet.U.S.A.2004.12张明,张正兰.多媒体计算机技术原理及应用.南京:河海大学出版社,1998（9）:26-30.13刘君华,贾惠芹，丁晖.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程.西安电子科技大学出版社,2001(8):1-6.14李玉柏,彭启琼.VXI虚拟仪器关键技术分析.电子测量与仪器学报,2001（1）：37-42.15G Programming Reference Manual.U.S.A:NI.Corporation,1998.16National Instruments.LabVIEW User ManualM.U.S.A.1996.17 杨乐平,李海涛,肖相生等.LabVIEW程序设计及应用.北京:电子工业出版社,2001(7):230-245.18黄书伟,卢申林.印制电路板的可靠性设计.北京:国防工业出版社,2004(6):100-107.三、研究方案（主要研究内容、目标，研究方法）研究内容：虚拟示波器对于数据的高速采集和传输。研究目标：完成系统的整个原理和PCB设计与制作，软件流程设计，形成完整的设计报告。研究方法：资料收集法，查阅相关资料，完成虚拟示波器构成和程序设计流程图；实验法，将绘制完成的电路图刻制成电路板并焊接测试；归纳总结法，将测试数据进行归纳总结，形成设计报告。四、进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度）2013.12.1-2014.2.23 按要求查阅文献、撰写报告，打印并保存参考文献。2014.2.24-2014.3.2 提交开题报告，开始撰写