【基于STM32的便携式数字示波器设计8800字】

第5章系统测试与分析5.1功能测试5.1.1信号采样本设计对于信号采样部分具有两种实施方案，如下所示：方案一:使用STM32内部自带12位ADC，具有双采样和保持功能，而且外围电路比较简单。方案二：采用ADS7812芯片作为本设计的外接电路进行信号采集。ADS7812芯片虽然具有低功耗、高性价比、转换速度快等优点，但是其精度不高，而且需要外接电路，使电路变得复杂化。故放弃此方案。综上所述，本设计采用STM32内部自带的AD模块进行信号采样。5.1.2前端信号测量本设计在示波器上显示输入信号，通过设计一个输入电压来确保相应的电压始终为正值，并且通过对电压进行了预处理，以及适当的抬高了电压位置的方式，从而达到输入电压不能为负值的目的。通过进行加法、衰减的方式来处理相应的信号电压。通过图5.1和图5.2的对比可知：信号变换功能模块能够正常处理信号（幅值满足相应的变换要求）。通过图5.3中输入、输出信号的对比可知：通过观察图5.3中的输入、输出两个波形图像，可以明显的看出波形没有发生相位的偏移和失真。图5.1输入信号图5.2输出信号图5.3输入以及输出信号5.2功能测试与分析本设计在测试时，利用信号发生器产生正常波形，并将本系统的测量值与正常值进行对比，分析系统误差及其原因。本次测试主要测量方波、正弦波和三角波三种波形的峰峰值、最大值、最小值、频率和占空比（方波），每种波形分别设置其频率为2KHz、20KHz和200KHz，峰峰值分别为1.0V、2.0V、3.0V、4.0V、5.0V进行测量。5.2.1方波的测量与分析当输入频率为2kHz时，测试结果如表5.1所示。表5.1频率为2kHz的方波测试结果峰峰值最大值最小值频率占空比标准信号1.0V0.5V-0.5V2.0k50%2.0V1.0V-1.0V2.0k50%3.0V1.5V-1.5V2.0k50%4.0V2.0V-2.0V2.0k50%5.0V2.5V-2.5V2.0k50%结果1.01V0.51V-0.48V2.02k49.9%2.03V1.03V-1.01V2.05k49.9%3.08V1.52V-1.48V2.08k49.7%4.11V2.08V-2.08V2.10k49.8%5.10V2.56V-2.61V1.95k49.7%误差%1.983%2.547%2.947%3.0%0.400%结果分析：当输入频率为2kHz时，从表5.1可知测量误差较小，波形比较标准。当输入方波为20kHz时，测试结果如表5.2所示。表5.2频率为20kHz的方波测试结果峰峰值最大值最小值）频率占空比标准信号1.0V0.5V-0.5V20k50%2.0V1.0V-1.0V20k50%3.0V1.5V-1.5V20k50%4.0V2.0V-2.0V20k50%5.0V2.5V-2.5V20k50%结果1.02V0.48V-0.46V20.3k49.7%2.04V1.05V-1.02V20.5k49.7%3.09V1.47V-1.45V20.9k49.6%4.11V2.07V-2.09V19.1k49.6%5.12V2.42V-2.62V21.0k48.7%误差%2.430%3.540%4.527%3.600%1.080%结果分析：当频率增大为20kHz后，测量出来的波形波动比较大，误差相对有所增加。当输入方波为200kHz时，测试结果如表5.3所示。表5.3频率为200kHz的方波测试结果峰峰值最大值最小值频率占空比标准信号1.0V0.5V-0.5V200k50%2.0V1.0V-1.0V200k50%3.0V1.5V-1.5V200k50%4.0V2.0V-2.0V200k50%5.0V2.5V-2.5V200k50%结果1.03V0.45V-0.47V205k49.5%2.05V1.06V-1.05V209k49.3%3.11V1.46V-1.41V209k49.1%4.15V2.09V-2.12V190k48.7%5.11V2.41V-2.65V216k48.6%误差%3.02%5.35%5.800%4.90%1.920%结果分析：当频率增大为200kHz后，此时的波形比2kHz，20kHz时的波形波动要大很多，误差也相应的比较大。5.2.2正弦波的测量与分析当输入正弦波为2kHz时，测试结果如表5.4所示。表5.4频率为2kHz的正弦波测试结果峰峰值最大值频率标准信号1.0V0.5V-0.5V2k2.0V1.0V-1.0V2k3.0V1.5V-1.5V2k4.0V2.0V-2.0V2k5.0V2.5V-2.5V2k结果1.02V0.50V-0.48V2.01k2.01V1.02V-1.01V2.01k3.05V1.53V-1.49V2.03k4.05V2.07V-2.07V2.05k5.10V2.49V-2.54V1.95k误差%1.483%1.580%2.153%1.500%结果分析：当输入频率为1kHz时，从表5.4可知测量误差较小，波形比较标准。当输入正弦波为20kHz时，测试结果如表5.5所示。表5.5频率为20kHz的正弦波测试结果峰峰值最大值频率标准信号1.0V0.5V-0.5V20k2.0V1.0V-1.0V20k3.0V1.5V-1.5V20k4.0V2.0V-2.0V20k5.0V2.5V-2.5V20k结果1.03V0.47V-0.45V20.5k2.06V1.08V-1.05V20.6k3.11V1.46V-1.44V20.8k4.12V2.05V-2.08V19.0k5.09V2.41V-2.63V21.1k误差%2.893%4.553%5.640%4.000%结果分析：当频率增大为20kHz后，误差也相对应的增大了许多。当输入正弦波为200kHz时，测试结果如表5.6所示。表5.6频率为200kHz的正弦波测试结果峰峰值最大值频率标准信号1.0V0.5V-0.5V200k2.0V1.0V-1.0V200k3.0V1.5V-1.5V200k4.0V2.0V-2.0V200k5.0V2.5V-2.5V200k结果1.08V0.44V-0.45V206k2.09V1.09V-1.09V208k3.14V1.41V-1.40V209k4.15V2.08V-2.15V191k5.14V2.40V-2.61V218k误差%4.743%7.000%7.513%5.000%结果分析：当频率增大到200kHz后，由于采样能力的限制，误差会增大许多。5.2.3三角波的测量与分析当输入三角波为2kHz时，测试结果如表5.7所示。表5.7频率为2kHz的三角波的测试结果峰峰值最大值最小值频率标准信号1.0V0.5V-0.5V2k2.0V1.0V-1.0V2k3.0V1.5V-1.5V2k4.0V2.0V-2.0V2k5.0V2.5V-2.5V2k结果1.01V0.51V-0.47V2.02k2.01V1.03V-1.03V2.02k3.03V1.52V-1.45V2.01k4.08V2.06V-2.04V2.01k5.11V2.45V-2.51V1.98k误差%1.340%2.267%2.947%0.800%结果分析：当输入频率为2kHz时，从表5.7可知测量误差较小，波形比较标准。当输入三角波为20kHz时，测试结果如表5.8所示。表5.8频率为20kHz的三角波的测试结果峰峰值最大值最小值频率标准信号1.0V0.5V-0.5V20k2.0V1.0V-1.0V20k3.0V1.5V-1.5V20k4.0V2.0V-2.0V20k5.0V2.5V-2.5V20k结果1.05V0.45V-0.45V20.6k2.09V1.09V-1.04V20.4k3.10V1.45V-1.43V20.8k4.15V2.04V-2.09V19.1k5.11V2.45V-2.61V21.2k误差%3.757%5.267%5.513%3.900%结果分析：当频率增大到20kHz后，误差相对的增大了许多。当输入三角波为200kHz时，测试结果如表5.9所示。表5.9频率为200kHz的三角波的测试结果峰峰值最大值最小值频率标准信号1.0V0.5V-0.5V200k2.0V1.0V-1.0V200k3.0V1.5V-1.5V200k4.0V2.0V-2.0V200k5.0V2.5V-2.5V200k结果1.09V0.41V-0.43V208k2.11V1.09V-1.10V205k3.14V1.40V-1.41V209k4.16V2.11V-2.16V190k5.17V2.41V-2.60V219k误差%5.313%8.553%8.400%5.100%结果分析：测量误差随着测量频率的增大逐渐增大。

第6章总结本文主要是设计了基于STM32的便携式数字示波器。能够完成对信号的实时显示，在一定的频率范围内，波形可以无失真的进行显示，同时可以测量相对应的峰峰值、最大值、最小值和频率。能够实现周期信号的左右平移，放大和缩小。本设计先阐述了示波器的研究背景及意义，然后结合相关参考文献对系统进行总体的设计，再逐步完善软件和硬件两个设计部分里的各个模块部分，最后进行仿真实验来验证本系统的相关性能指标。此外，本设计采有STM32自带的AD转换模块，避免了外部的温度补偿，精简了电路；采用了STM32自带的DMA，减少了对系统资源的占用。总体来说，本设计实现了对各类信号的采集，处理和显示，具有体积小、成本低、可靠性高的优点。除此之外，本系统还有许多不足之处需要继续改进，当测量一些较高频率的波形时，波形会产生失真，这是由于STM32系统时钟限制了采样频率所导致的。

参考文献彭涛汪余.一种手持式数字示波器的设计[J].成都航空职业技术学院学报,2014(03):55-57.王金玉.基于嵌入式系统的数字示波器设计[D].彭鹏.2Gsps多功能数字存储示波器硬件系统[D].电子科技大学,2009.孙彦明.手持式示波器的改进设计[D].电子科技大学,2006.段煜.数字荧光技术在数字示波表上的实现[D].电子科技大学,2010.王岩岩李梦佳.浅谈示波器的发展史[J].中国电子商务,2014(10):1-1.宋阳.基于DSP和FPGA技术的液晶显示数字存储示波器研究[D].西安电子科技大学,2002.周晋.实现DSO数字荧光的通用显示系统设计[D].南京航空航天大学.李健.当红小生—混合信号示波器[J].电子产品世界,2010(04):31-33.熊轩.无回馈激光干涉的三自由度测量方法[D].湖北工业大学,2015.王宁波.基于柯式音法的电子血压计设计与实现[D].2017.宋川川.大功率LED灯芯温度场