波形的采集存储与回放的系统设计(附件)【字数：12764】
指导教师 朱节中 摘 要随着电子技术的发展，数据采集技术也扮演着越来越重要的角色。从最初简单的波形发生器到现在数码及液晶显示，这些表明我们在波形采集存储方面需要更为稳定和方便的数字信号直接输入到液晶显示屏的直接显示，这样既简单又可以减少误差。 本系统主要以单片机STM32103RX为控制的核心，实现了波形的采集，存储与回放功能。首先由芯片内ADC模数转换器采集波形信号，再由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，并且输入到单片机中。与此同时，原先已经转化为数字信号的波形经过STM32自身内部的数模转换再次由数字信号转化为模拟信号，由单片机控制显示在液晶屏上。为实现波形的存储回放功能，本系统利用的是AT24C02掉电存储记忆芯片，用于掉电保存数据。整个过程中，按键控制及液晶屏显示，掉电芯片保存数据均来自STM32103RX的直接控制。 之后的一系列测试表明，该设计运算速度明显提高,频率显示准确，可以实现快速读取。该系统可以实现对模拟带宽为10Hz～200KHz的模拟信号的波形好频率的实时显示。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状与未来趋势 2
第二章 方案论证与选择 3
2.1设计主要内容 3
2.2主要技术参数指标 3
2.3方案选择 3
2.4采样方式选择 5
2.5双踪显示方式选择 5
2.6触发方式选择 5
2.7显示屏模块的选择 6
第三章 硬件设计 7
3.1系统设计的总框图 7
3.2电阻分压衰减电路模块 7
3.3电压放大电路模块 8
3.4STM32芯片复位电路模块 10
3.5STM32芯片晶振电路模块 11
3.6系统记忆电路模块 12
3.7STM32内部结构模块 14
3.8显示屏模块 16
3.9调试仿真下载接口电路 16
第四章 软件设计 18
4.1软件设计的目标 18
4.2主程序模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
块 18
4.2.1LCD模块子程序 19
4.2.2按键模块子程序 20
4.2.3存储处理子程序 20
4.2.4ADC模块子程序 21
第五章 设计的实现及测试结果 23
5.1组成元器件 23
5.2硬件的焊接 23
5.3测试设备和仪器 24
5.4测试方案以及结果 24
5.4.1测试方案 24
5.4.2测试结果 25
5.4.3数据分析以及产生误差的原因 26
结束语 27
参考文献 28
致 谢 29
附录A 30
附录B 31
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
随着计算机的产生和崛起，电子信息技术也发展的越来越快，为了便于人类更加快速便捷的运算，数字系统便应运而生了。如今的数字系统运用的范围非常广泛，被应用到国民经济，工业生产和科学技术研究等等领域。但是，数字系统也是有局限性的，它只能用来处理一些离散型的数字信号，然而，我们所处的这个世界存在大量模拟信号，这要求我们能够把这些模拟信号转化为数字信号。我们通常把将这种模拟信号转化为数字信号或者直接就是数字信号传输到计算机中，进行进一步的数据加工，分析处理和记录传输这种过程称为数据采集（如图11），它作为信息技术一个重要分支，随着这电子技术的飞越发展，数据采集在今后的科学发展中扮演越来越重要的角色。
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图 11 数据采集的系统组成
电子技术迅猛发展的这种势头，这也就进一步提高了波形信号的采集存储与回放在整个信息技术这种轻工业的地位。从最初简单的波形发生器，后来的波形显示器和现在的数码显示液晶等都有了一个质的提升，从以前无法捕捉的模拟信号到现在用处越来越广泛的数字信号，这些处处显示着信息技术的飞越的发展。所以这就要求我们在波形采集存储方面需要更为稳定和方便的数字信号直接输入到液晶显示屏的直接显示，这样既简单又减少误差。
随着信息技术的高速发展，工业自动化，航天工程，雷达卫星，医疗等很多领域都要求我们对波形进行采集存储和回放。众所周知，在最近几十年以来，对于要求高速或者海量数据的采集，存储和回放，我们通常采用的是FGPA或者DSP来处理。然而，随着科技和时间的推移，FGPA的弊端也逐渐的显现出来了，它的成本特别高，而且功耗也十分的大。相较而言，单片机就显得方便简单而且成本低功耗低，但传统的单片机结构简单，功能也较单一，STM系列的单片机便“横空出世”了，此单片机价格低廉，功能较全面，功耗也低。
所以说对于此次课题，波形的采集，存储与系统回放，我采用的是以STM32单片机为核心的方法，通过ADC来采集波形的信号，以它为核心控制，这样我们可以完成较为复杂的时序控制，而且功耗较低，之后我们采用芯片AT24C02芯片来进行掉电保存数据的功能。以单片机为核心实现，在于它体积小，功耗低，成本低等特点。经测试，系统功能比较全面，波形稳定，完全符合课题要求。
1.2研究现状与未来趋势
目前国内外，在很多的应用领域中，人类对于高速数据采集系统甚至超高速采集系统的依赖愈来愈强烈，就现阶段而言，关于采集系统的研究有许多种，比如从计算机的并口采集到串口采集，从一开始的声音采集到现在数据图像采集，从基于ISA总线的采集系统到PCI总线的采集系统等等。这些系统设计都会有不同的设计方面，而且，取得了不错的成就。
在绝大部分的应用场合中，我们总可以看到一些单片机的身影，比如工业领域中，可以不过分的将，单片机是把我们的生产方式从最初的低效率逐渐转变为批量式现代化生产的功臣。虽然，它依旧在为人类的生活等做着巨大的贡献，但是它依旧在高速的发展，它发展的潜能依旧十分大。在未来，对于单片机的体积将会有种更高的要求，哪怕在现在，客户对于它的要求也是体积小，重量轻，进一步让我们有理由相信它的发展趋向于微型化。其次，伴随着经济全球化的进度，能源已成为了世界各国的重要的标准，所以不仅仅是单片机，未来的元器件它们的发展都趋向于节约型。现在市场中，就有人试图通过改变单片机的材质外加一些加工处理在保证效率的前提下，将降低工作功耗，类似这种技术以后发展空间巨大，这也促进了单片机趋于低能耗化。文件《2025人工智能》的下达也意味着单片机市场进入了百花齐放的局面，许多相关的厂商适应市场的调节不断推出新的产品，品牌厂家与新兴势力形成一种多元化的局面。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景及意义 1
1.2研究现状与未来趋势 2
第二章 方案论证与选择 3
2.1设计主要内容 3
2.2主要技术参数指标 3
2.3方案选择 3
2.4采样方式选择 5
2.5双踪显示方式选择 5
2.6触发方式选择 5
2.7显示屏模块的选择 6
第三章 硬件设计 7
3.1系统设计的总框图 7
3.2电阻分压衰减电路模块 7
3.3电压放大电路模块 8
3.4STM32芯片复位电路模块 10
3.5STM32芯片晶振电路模块 11
3.6系统记忆电路模块 12
3.7STM32内部结构模块 14
3.8显示屏模块 16
3.9调试仿真下载接口电路 16
第四章 软件设计 18
4.1软件设计的目标 18
4.2主程序模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
块 18
4.2.1LCD模块子程序 19
4.2.2按键模块子程序 20
4.2.3存储处理子程序 20
4.2.4ADC模块子程序 21
第五章 设计的实现及测试结果 23
5.1组成元器件 23
5.2硬件的焊接 23
5.3测试设备和仪器 24
5.4测试方案以及结果 24
5.4.1测试方案 24
5.4.2测试结果 25
5.4.3数据分析以及产生误差的原因 26
结束语 27
参考文献 28
致 谢 29
附录A 30
附录B 31
第一章 绪论
1.1研究背景及意义
随着计算机的产生和崛起，电子信息技术也发展的越来越快，为了便于人类更加快速便捷的运算，数字系统便应运而生了。如今的数字系统运用的范围非常广泛，被应用到国民经济，工业生产和科学技术研究等等领域。但是，数字系统也是有局限性的，它只能用来处理一些离散型的数字信号，然而，我们所处的这个世界存在大量模拟信号，这要求我们能够把这些模拟信号转化为数字信号。我们通常把将这种模拟信号转化为数字信号或者直接就是数字信号传输到计算机中，进行进一步的数据加工，分析处理和记录传输这种过程称为数据采集（如图11），它作为信息技术一个重要分支，随着这电子技术的飞越发展，数据采集在今后的科学发展中扮演越来越重要的角色。
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图 11 数据采集的系统组成
电子技术迅猛发展的这种势头，这也就进一步提高了波形信号的采集存储与回放在整个信息技术这种轻工业的地位。从最初简单的波形发生器，后来的波形显示器和现在的数码显示液晶等都有了一个质的提升，从以前无法捕捉的模拟信号到现在用处越来越广泛的数字信号，这些处处显示着信息技术的飞越的发展。所以这就要求我们在波形采集存储方面需要更为稳定和方便的数字信号直接输入到液晶显示屏的直接显示，这样既简单又减少误差。
随着信息技术的高速发展，工业自动化，航天工程，雷达卫星，医疗等很多领域都要求我们对波形进行采集存储和回放。众所周知，在最近几十年以来，对于要求高速或者海量数据的采集，存储和回放，我们通常采用的是FGPA或者DSP来处理。然而，随着科技和时间的推移，FGPA的弊端也逐渐的显现出来了，它的成本特别高，而且功耗也十分的大。相较而言，单片机就显得方便简单而且成本低功耗低，但传统的单片机结构简单，功能也较单一，STM系列的单片机便“横空出世”了，此单片机价格低廉，功能较全面，功耗也低。
所以说对于此次课题，波形的采集，存储与系统回放，我采用的是以STM32单片机为核心的方法，通过ADC来采集波形的信号，以它为核心控制，这样我们可以完成较为复杂的时序控制，而且功耗较低，之后我们采用芯片AT24C02芯片来进行掉电保存数据的功能。以单片机为核心实现，在于它体积小，功耗低，成本低等特点。经测试，系统功能比较全面，波形稳定，完全符合课题要求。
1.2研究现状与未来趋势
目前国内外，在很多的应用领域中，人类对于高速数据采集系统甚至超高速采集系统的依赖愈来愈强烈，就现阶段而言，关于采集系统的研究有许多种，比如从计算机的并口采集到串口采集，从一开始的声音采集到现在数据图像采集，从基于ISA总线的采集系统到PCI总线的采集系统等等。这些系统设计都会有不同的设计方面，而且，取得了不错的成就。
在绝大部分的应用场合中，我们总可以看到一些单片机的身影，比如工业领域中，可以不过分的将，单片机是把我们的生产方式从最初的低效率逐渐转变为批量式现代化生产的功臣。虽然，它依旧在为人类的生活等做着巨大的贡献，但是它依旧在高速的发展，它发展的潜能依旧十分大。在未来，对于单片机的体积将会有种更高的要求，哪怕在现在，客户对于它的要求也是体积小，重量轻，进一步让我们有理由相信它的发展趋向于微型化。其次，伴随着经济全球化的进度，能源已成为了世界各国的重要的标准，所以不仅仅是单片机，未来的元器件它们的发展都趋向于节约型。现在市场中，就有人试图通过改变单片机的材质外加一些加工处理在保证效率的前提下，将降低工作功耗，类似这种技术以后发展空间巨大，这也促进了单片机趋于低能耗化。文件《2025人工智能》的下达也意味着单片机市场进入了百花齐放的局面，许多相关的厂商适应市场的调节不断推出新的产品，品牌厂家与新兴势力形成一种多元化的局面。
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