基于ARM微控制器的便携式数字示波器的设计与实现开题报告

1. 研究目的与意义

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，它能把肉眼看不见的电信号转换成看得见的图像，使人们研究各种电现象的变化过程，数字示波器是数据采集，a/d转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器，它相较于传统的模拟示波器，它的测量功能更强大，具有波形触发、储存、测量显示、波形数据分析处理等独特优点，随着数字示波器技术的发展，现代数字储存示波器的性能不断地提高，其应用的广泛程度、发展速度都远远超过其它仪器，已经广泛用于国防、科研、学校以及工农商业等各个领域和部门。

然而目前国内市场上出现的数字示波器普遍存在价格昂贵、体积庞大、不便于随身携带测量等等缺点。

本课题研究的意义是通过本课题的研究，能够开发出一款价格较低、功能较齐全、体积较小而又不影响常规测量精度的便携式数字示波器，以弥补国内市场在这方面的空缺。

2. 课题关键问题和重难点

1.如何使用ARM内核的微控制器驱动高分辨率的显示屏，同时具有较高刷新率和显示效果2.前端模拟信号处理电路的设计，如何选择合适的运放，如何降低系统杂散参数带来的影响在缩小系统体积的时候，如何保证该部分电路的性能指标3.由于微控制器处理的功能非常多，系统各部分代码如何进行高效的的配合调度，方便后期的更改和操作4.根据屏幕的像素尺寸，设计合适的菜单界面，并根据菜单内容设计菜单控制程序，需要将菜单程序的拓展性做好，方便和示波器其它功能函数配合使用难点：1. 波形显示算法的设计和实现2. 波形处理函数的设计和优化3. 前端模拟信号电路设计和简化4. 系统PCB设计，减少PCB布局带来的数据传输问题5. 用户界面的设计，构建菜单功能函数6. 系统代码分层管理，如何减小各部分功能函数的耦合性，方便后续更改优化

3. 国内外研究现状（文献综述）

（一）关于数字示波器发展从文献[2]可知：现代仪器正在向着智能化、便携式和虚拟化的方向发展。

借助少许的采集硬件和通用pc平台,仪器正在由单一化向集成化、由物理仪器向虚拟仪器方向发展。

虚拟仪器的发展必将推动现代仪器事业的发展。

4. 研究方案

设计方案：使用ARM内核的微处理器作为主控，通过ADC采集前端模拟电路处理好的模拟波形，通过算法处理波形数据，并显示在屏幕上，用户通过菜单控制更改示波器的运行参数，调节前端模拟电路研制方案：先做ARM内核的微控制的外设的性能测试，综合外部电路，确定各部分外部设备通信速率，然后编写屏幕驱动，调试UI显示，选择合适的屏幕类型并优化显示效果，硬件电路设计方面，主要侧重于模拟信号处理，降低处理的误差，电源方面主要采用多路电源，模拟电源、数字电源分开，功率电源、信号电源分开，降低电源带来的干扰研究方案：对ARM处理器驱动内部ADC和驱动外部ADC的性能指标和难易程度进行研究评估，选择合适的ADC采样方式，屏幕使用LCD屏，降低单片机的处理负担，对用户交互界面和波形显示做优化，模拟电路部分可以在仿真软件上模拟，参考TI和ADI的设计资料，对系统各个部分供电进行功耗评估，在功耗不高的情况下尽量使用线性稳压源，稳定系统的供电、降低不必要的干扰

5. 工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；第 2 周 以论文题目为核心，对相关资料进行收集和翻阅，理解有关内容；第 3 周 整理收集的资料，分析资料内容的实际可行性，归纳可采用的方案，评估各个方案制作难度，选取最佳设计方向作为参考；第 4 周 规划系统整体设计，确定系统的初步参数指标，筛选核心器件，包括微控制器、运算放大器、电源管理芯片、LCD屏幕等等，根据器件的数据手册，评估其性能指标是否符合项目设计需求；第 5 周 搭建微控制器的开发环境，编写测试代码，测试微控制的片上资源第 6 周 编写微控制器的ADC采样代码，分析采样数据的可靠性，调整代码，测试最佳采样速率；第 7 周 设计、调理模拟前端，测试电路的稳定性和带宽指标是否合格；第 8 周 设计LCD驱动库，可用于屏幕界面、波形显示、字符显示等功能；第 9 周 将系统联调，确保联调的可靠性，然后设计PCB进行系统一体化，将各个部分的电路集合到一块PCB上面第10周 编写示波器核心代码，包括数据采集、模拟前端控制、波形显示等等功能代码；测试基本功能都设计完成后，对系统进行稳定性和可靠性测试，确保功能正常运行，微调系统代码，优化系统功能和操作，整理项目设计资料，准备撰写论文；第11周 修改、完善并提交毕业论文； 第12周 评阅教师评阅论文，学生根据指导意见修改论文；论文资料整合，最终定稿，为最终的答辩做好各方面准备，熟悉论文内容，增强自己对论文内容的把握，进行一定的思维发散，设计论文答辩。

验收实物成果，接受答辩资格审查；第13周 准备参加答辩第14周 毕业设计答辩及成绩评定。