波形采集、存储与回放系统

1、波形采集、存储与回放系统波形采集、存储与回放系统武汉东湖学院陈鹏、费埜、何凯摘要本设计以ST32F103ZET6作为控制芯片，把波形采集分为A、B两个通道，对A通道的输入信号进展衰减，对B通道的输入信号进展放大，然后采用内部集成的高速AD对信号进展实时采样，方式为上升沿内触发，可以实现波形的单次和屡次触发存储和回放显示，以及频率、周期、峰-峰值的测量和显示，并具有掉电存储功能。整个系统操作简便，界面友好，到达了较好的性能指标。关键字：ST32、波形采集、波形存储、波形回放一、系统方案1.1题目要求及相关指标分析题目的要求是将待测信号进展数字存储，并通过普通示波器将被测信号显示出来。由于被测信号

2、为模拟信号，存储过程为数字方式，故应该将模拟信号进展量化处理，然后存储到存储器中，当需要显示的时候，从存储器输出数据并恢复为模拟信号，然后送往普通示波器进展显示。本设计的重点是模拟信号的处理与采样、数字信号的存储、系统的控制三个方面。1.2系统设计与框图：系统整体设计框图如图1-1所示。模拟信号通过信号调理模块阻抗变换、固定衰减/放大、触发电路将模拟信号的幅值大小调理到高速AD的输入范围03.3V。同时，两路信号经比较器得到方波，送处理器ST32进展测频。处理器测得输入信号频率后控制内部AD以输入信号频率的80倍速率采样。在ST32内部增加波形存储控制模块，当满足触发条件时AR对AD转换得到的

3、数据进展存储。图1-1系统整体设计图图1图1图1A通道信号调理B通道信号调理存储、显示与控制ST32F103ZET6比较器比较器A通道信号调理输出B通道信号调理输出内部集成AD内部集成DA键盘显示二、理论分析与计算2.1A/D采样频率选择采用内部集成A/D，采样频率由输入信号的频率决定，在输入信号的一个周期内采集80个点，那么，通过式2.1，可以求出采样频率，其中为信号频率。A/D采样由信号的上升沿触发，采样时间为一个信号周期，采样时间间隔为信号周期除以采样点式2.2。假设采样频率过高，那么处理器的处理速度不够，假设采样频率过低，那么波形失真严重。通过屡次试验，发现一个周期采集80个点可以符合

4、要求。输入信号经比较器比较后转换为方波，由ST32内部定时器的外部输入捕获形式进展测量，测量两个上升沿之间的时间即为输入信号的周期，并且上升沿触发A/D采样。2.12.22.2A/D位数选择题目要求原信号与回放信号峰峰值之差的绝对值小于等于10V，那么AD的最小分辨率至少为10V，AD的参考电压为3.3V，那么AD位数至少为：2.3本设计中采用12位AD及DA转换器，幅度最小分辨率为3.3V/4096=0.8V，完全满足题目指标要求。2.3模拟信号调理参数的选择对于A通道，输入高电平约4V，低电平接近0V，而AD的参考电压为3.3V，故需要对A通道输入信号进展衰减，再给AD转换。最小衰减倍数为

5、4/3.3=1.21倍。经过处理器DA处理后，需要对信号进展相应倍数的放大。本设计中，AD及DA的参考电压均为3.3V，故对A通道输入信号1.5倍衰减，对A通道DA输出信号1.5倍放大的处理方法。对于B通道，输入为双极性信号，电压峰峰值为100V，故需要对输入信号进展放大，以进步采样精度，同时，还需要给输入信号一个偏置，使输入信号在0-3.3V之间，满足AD允许输入信号的范围。本设计中，采取对B通道输入信号放大30倍，对B通道DA输出信号衰减30倍的处理方法。三、电路与程序设计3.1电路设计：A、B通道输入电路A、B通道输入电路在整机中处于非常重要的地位，其性能决定了整机的主要技术指标，前置放

6、大模块应满足高输入阻抗，高共模抑制比，低噪声，低漂移的要求。图3-1为A通道的信号采集部分。为了增大输入阻抗，所以采用轨至轨射极跟随器，通过两个等值电阻衰减一半电压，根据式3.1计算得出电压符合设计要求。然后把搜集到的单极性信号送给内部集成AD采样。3.1图3-2为B通道信号采集部分。为了防止P27产生自激振荡，采用双级放大电路。前级采用同相放大以增大输入阻抗，放大倍数为15倍，由式3.2求得，后级再进展两倍放大，由式3.3求得，并且偏置1.6V，将100V的双极性小信号放大到3V，到达AD采样要求。双极放大电路后接轨至轨射极跟随电路，防止电压过高，烧毁主控芯片。3.23.3A、B通道输出电路

7、：图3-3A、B通道信号输出图1图1图1图1图3-3为A、B通道信号输出电路，A通道采用轨至轨放大器，B通道采用电阻网络分压，中间接一个1uF电容隔直，将输出的3V电压衰减到100V。图3-4为用L393AD的比较器电路，用于测量频率，用电位器分压提供基准电压。3.2程序设计图3-5程序流程图图1图1图1图1否是是AD采样计算采样率开启DA转换计算峰值并显示是否回放完毕否开始周期测量并显示开始采样？四、测试方案与测试结果4.1测试仪器及型号示波器：LTD2102EL示波器万用表：VITRV890D万用表信号发生器：SG1080A数字合成信号发生器4.2测试方案4.2.1根本要求测试a)功能测试

8、功能测试结果上下电平显示功能完成周期显示完成采样、回放功能完成b)A通道电平测试测试条件：输入电压峰-峰值4V，最大电压4V的方波输入频率：1KHz输入输出误差高电平4V4.12V0.1%周期1s1s4.2.2发挥部分测试a)功能测试功能测试结果采集、回放功能完成测量周期功能完成波形检测功能完成掉电存储功能完成注:波形检测功能的测试过程为，依次输入高电平4V，低电平20V的正弦波、三角波、方波，用示波器观察A通道输出，系统可以正确检测波形并输出。b)B通道指标测试输入双极性信号，Vpp=100V输入周期输出周期周期误差输出峰-峰值峰-峰值误差100s99.9s0.1%100.30.3%10s9.99s0.1%100.10.1%1s0.99s0.1%100.20.2%0.1s0.96s0.4%100.20.2%)可以存储两次采集的信号，回放时用按键或开关选择显示指定的信号波形。4.2.3测试结果分析经测试，本设计能完成对A通道单极性信号、频率约1KHz信号的采集、存储与连续回放。可以完成B通道双极性信号采集和回放。采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周