低频数字存储示波器和频谱分析仪(附件)【字数：7746】
摘 要随着数字电路的发展， 数字存储示波器是也随之发展成为了一种新型的带存储功能的示波器。一开始的模拟示波器的优势现在渐渐的数字示波器也可以完全的做到，而且特别是在捕捉一些不是重复的信号，在防止信号的虚化和波动，在电路中隔离故障等方面，数字示波器优势远远大于模拟示波器。因为这样，数字示波器凭借着优秀的性能，良好的价格比，刚一出来就显示出了非常强大的竞争力。各行各业都迫切的需要，有着广阔的发展空间。本课题就是利用上限频率25KHz的示波器用于声与振动信号的观察和分析。利用SOC片上系统单片机，其内部含有DAC和放大器等特点，来简单完成一个低频数字存储示波器和频谱分析仪，也可以通过总线与PC连接构成虚拟仪器。 在采用C8051F005片上系统单片机，外接320240液晶屏，这些是示波器和频谱仪的主要硬件。最后利用片内的程控放大器和ADC实现数据采集，通过FFT实现频谱分析，在液晶屏上显示信号波形和频谱图形。
Keywords: Low frequency digital storage oscilloscope；SINGLECHIP；data acquisition；FFT spectrum analysis 目 录
第一章 绪 论 5
1.1课题背景 5
1.2国内外研究现状 5
1.3课题的主要研究内容 6
1.4本文内容章节安排得到 6
第二章 课题主要内容原理分析 7
2.1数字存储示波器的原理 7
2.2数字信号的产生处理 11
2.3 FFT用于频谱分析 11
2.4采样定理? 11
2.5关于低通滤波器的讨论与选择 12
2.5.1 滤波器的分类 12
2.5.2 低通滤波器的原理作用 12
第三章 课题硬件组成 13
3.1 C8051F005单片机 13
3.2 JTAG接口 14
3.3输入输出电路图 14
3.4显示屏接口图 15
3.5示波器频谱仪实物图 16
第四章 课题软件部分 17
4.1 SILABS公司的单片机集成开发环境I *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
DE 17
4.1.1Silabs IDE简介 17
4.1.2Silabs IDE特性 17
4.1.3Silabs IDE配置向导简介 17
4.1.4Silabs IDE的特殊功能 18
4.2实验总结 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 21
第一章 绪 论
1.1课题背景
示波器是一种用于测量用的器件，他可以在屏幕上很形象的展示被测信号的波形图。示波器可以对电信号进行测量。还能通过改变传感器来测量电量。数字示波器具有存储的功能，他是在1972年问世的。伴着新的技术的成长，随之又有了一种使用模拟和数字转化和数字存储技术的新的数字化和智能化示波器——数字存储示波器。它依靠着自动刻度、实现带宽、预先触发、波形设置存储、程序控制和自动测量等先进功能，正快速的全面取代模拟示波器的地位，成为了人们的得力帮手。
逐步的，数字存储示波器已经变成了电子丈量范围里的根本仪器。伴随着随着新的技术、新的器件的成长，它朝着模块化、带宽化、多功能的方向成长。数字示波器的优点在于它可以实现高带宽和非常强大的分析能力。现在高端的数字示波器的实时带宽已经非常高，普遍应用在各种千兆以太网、光通讯等测试领域。稍微普通的数字示波器也在教育和通用的测试中大显身手。为社会培养了众多的人才。数字示波器的科技根本是信号的搜聚，这一项科技能被使用在更多的产物中，具有很大的价值。
1.2国内外研究现状
和最开始的模拟示波器对照，数字存储示波器不仅仅能存储波形而且损耗低，不占地方，使用便利。最重要的是还具有很好的信号及时处理分析的功能。在电子测量这方面，数字存储示波器正在慢慢的赶超了模拟示波器的地位。但现在国内用的数字存储示波器主要还是海外的，代价很大。因此，现在研究数字存储示波器就具有很重要的价值。因此，有一种更简单的示波器的方案被提出来了。最后经过种种测试，显示性能优良。
示波器是一种效率比较优异的信号测试、调试的工具。从一开始的的电子管模拟示波器,慢慢的成长到现在已经是功能全面，性能优秀的数字存储示波器。但是因为数字示波器的代价比较高,国内还在多数还是使用最初的模拟示波器。
研究一种含有数据信号收集，模拟与数字量之间转变、信号存储及分辨处理的简单电路,并且将这种电路和示波器一起用,用一般的模拟示波器来把被测量的信号显示出来,这样的示波器就是简易数字存储示波器。数字存储示波器现在在电子测量的范畴里被普遍的采纳，随着电子科技的成长， 这将在各个领域得到更多的运用。
1.3课题的主要研究内容
要研究内容和方法
1.在本课题中，硬件有两个组成成分——波形电路和频率电路。在波形显现的电路中，一开始先用A/D转变器，将导进去的模拟量给数字化，这样可以使单片机辨认，与此，再用单片机来掌控A/D转变器。用A/D转变器采到的信号，在改换之后单片机就能得到，读到的数据，在用单片机导出，凭靠这显示器，就能够显现出波形。在频率的显示中，通过外围对信号进行采集，在变成高低电平，最后单片机读取，输出。
2.C8051F005单片机系统电路:
单片机里有很多的Flash ROM和RAM，使用者不需要再额外外扩储存器； 一个12位的A/D转换器ADC12，自采样功能;
ADC12是十二位精度的A/D转变，有取样保持的能力，速度快，使用广。它有8个外部信号采样通道和4个内部通道。用差动放大器导出来的信号由通道0导进单片机，A/D变换的时钟、转变得模式和参照的电压源都能由用者用软件控制。
因为在单片机里有很多的外围的模块，所以电路的设计就可以变得很简单而且还能减小电路板子的大小。此外，在电路板上预先放一个JTAG接口，通过PC机就能进行仿真调试了。
1.4本文内容章节安排得到
第一章对设计简单示波器，频谱仪的内容背景，国内外研究现状，主要的研究方法等作个简介。
第二章对课题的几个部分进行讨论和分析，阐述在这个课题中我所遵循的采样定理和为什么要加入低通滤波器和选择RC低通滤波的原因，以及数字存储示波器的原理，信号的产生与处理，FFT用于频谱分析等。
Keywords: Low frequency digital storage oscilloscope；SINGLECHIP；data acquisition；FFT spectrum analysis 目 录
第一章 绪 论 5
1.1课题背景 5
1.2国内外研究现状 5
1.3课题的主要研究内容 6
1.4本文内容章节安排得到 6
第二章 课题主要内容原理分析 7
2.1数字存储示波器的原理 7
2.2数字信号的产生处理 11
2.3 FFT用于频谱分析 11
2.4采样定理? 11
2.5关于低通滤波器的讨论与选择 12
2.5.1 滤波器的分类 12
2.5.2 低通滤波器的原理作用 12
第三章 课题硬件组成 13
3.1 C8051F005单片机 13
3.2 JTAG接口 14
3.3输入输出电路图 14
3.4显示屏接口图 15
3.5示波器频谱仪实物图 16
第四章 课题软件部分 17
4.1 SILABS公司的单片机集成开发环境I *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
DE 17
4.1.1Silabs IDE简介 17
4.1.2Silabs IDE特性 17
4.1.3Silabs IDE配置向导简介 17
4.1.4Silabs IDE的特殊功能 18
4.2实验总结 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 21
第一章 绪 论
1.1课题背景
示波器是一种用于测量用的器件，他可以在屏幕上很形象的展示被测信号的波形图。示波器可以对电信号进行测量。还能通过改变传感器来测量电量。数字示波器具有存储的功能，他是在1972年问世的。伴着新的技术的成长，随之又有了一种使用模拟和数字转化和数字存储技术的新的数字化和智能化示波器——数字存储示波器。它依靠着自动刻度、实现带宽、预先触发、波形设置存储、程序控制和自动测量等先进功能，正快速的全面取代模拟示波器的地位，成为了人们的得力帮手。
逐步的，数字存储示波器已经变成了电子丈量范围里的根本仪器。伴随着随着新的技术、新的器件的成长，它朝着模块化、带宽化、多功能的方向成长。数字示波器的优点在于它可以实现高带宽和非常强大的分析能力。现在高端的数字示波器的实时带宽已经非常高，普遍应用在各种千兆以太网、光通讯等测试领域。稍微普通的数字示波器也在教育和通用的测试中大显身手。为社会培养了众多的人才。数字示波器的科技根本是信号的搜聚，这一项科技能被使用在更多的产物中，具有很大的价值。
1.2国内外研究现状
和最开始的模拟示波器对照，数字存储示波器不仅仅能存储波形而且损耗低，不占地方，使用便利。最重要的是还具有很好的信号及时处理分析的功能。在电子测量这方面，数字存储示波器正在慢慢的赶超了模拟示波器的地位。但现在国内用的数字存储示波器主要还是海外的，代价很大。因此，现在研究数字存储示波器就具有很重要的价值。因此，有一种更简单的示波器的方案被提出来了。最后经过种种测试，显示性能优良。
示波器是一种效率比较优异的信号测试、调试的工具。从一开始的的电子管模拟示波器,慢慢的成长到现在已经是功能全面，性能优秀的数字存储示波器。但是因为数字示波器的代价比较高,国内还在多数还是使用最初的模拟示波器。
研究一种含有数据信号收集，模拟与数字量之间转变、信号存储及分辨处理的简单电路,并且将这种电路和示波器一起用,用一般的模拟示波器来把被测量的信号显示出来,这样的示波器就是简易数字存储示波器。数字存储示波器现在在电子测量的范畴里被普遍的采纳，随着电子科技的成长， 这将在各个领域得到更多的运用。
1.3课题的主要研究内容
要研究内容和方法
1.在本课题中，硬件有两个组成成分——波形电路和频率电路。在波形显现的电路中，一开始先用A/D转变器，将导进去的模拟量给数字化，这样可以使单片机辨认，与此，再用单片机来掌控A/D转变器。用A/D转变器采到的信号，在改换之后单片机就能得到，读到的数据，在用单片机导出，凭靠这显示器，就能够显现出波形。在频率的显示中，通过外围对信号进行采集，在变成高低电平，最后单片机读取，输出。
2.C8051F005单片机系统电路:
单片机里有很多的Flash ROM和RAM，使用者不需要再额外外扩储存器； 一个12位的A/D转换器ADC12，自采样功能;
ADC12是十二位精度的A/D转变，有取样保持的能力，速度快，使用广。它有8个外部信号采样通道和4个内部通道。用差动放大器导出来的信号由通道0导进单片机，A/D变换的时钟、转变得模式和参照的电压源都能由用者用软件控制。
因为在单片机里有很多的外围的模块，所以电路的设计就可以变得很简单而且还能减小电路板子的大小。此外，在电路板上预先放一个JTAG接口，通过PC机就能进行仿真调试了。
1.4本文内容章节安排得到
第一章对设计简单示波器，频谱仪的内容背景，国内外研究现状，主要的研究方法等作个简介。
第二章对课题的几个部分进行讨论和分析，阐述在这个课题中我所遵循的采样定理和为什么要加入低通滤波器和选择RC低通滤波的原因，以及数字存储示波器的原理，信号的产生与处理，FFT用于频谱分析等。
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