基于ARM的简易数字示波器设计
张伟超
(福州理工学院，福建福州35〇5〇6)
摘要：系统提出一种基于在入式ARM7微处理器的简易数字示波器的设计与实现方案。以ARM7微处理器为控制核 心，高速A/D器件TLC5510采集信号，实现信号的存储与测量。使用彩液晶屏显示信息内容丰富，人机界面好。系统 软件采用模块化、层次化结构易于维护和扩展。 关键词：数字示波器;TLC5510;ARM7
中图分类号:TM935.3 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)04-0066-02
〇引言
随着电子技术快速发展，ARM处理器架构也不断升级换 代，现有实验室ARM7开发板不能满足教学需要，导致大量开 发板闲置，造成资源浪费。为了改善实验室这种现状，通过利 用ARM7开发板设计简易的数字示波器。而数字示波器是一 种用途广泛的电子测量仪器，它体积小、功耗低、使用方便、强 大分析能力在电子电信类实验室中广泛使用，但是数字示波 器普遍价格昂贵。实验证明，通过在ARM7开发
板可以实现 数字示波器常用测量功能，性能优良，可供学生普通学习测量 使用，所以研究简易数字示波器有重要意义。
1系统总体方案设计
硬件系统主要由五个部分组成:ARM7开发板、信号预处 理电路、A/D信号采集模块、L C D显示模块、键盘模块。其工 作原理是：首先信号预处理电路对输入的信号进行阻抗变换、放大(衰减)、电平调整，处理后的信号在送到A/D信号采集模 块的模拟输入端，A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，采 集的数据存储在ARM7开发板中，在采集完一帧数据后，经过 数字信号处理算法，计算出信号的相关参数，最后通过数据重 构波形并通过LCD液晶屏输出。总体方案图如下图1所示。梭拟信号 图1总体方案图
2硬件模块设计
系统采用模块化设计，各个模块间相互独立，调试灵活方 便，易于扩展。
2.1 ARM7开发板配置
开发板的微处理器是Samsung公司的ARM7TDMI内核的 S3C44BOX，微处理器提供了丰富的内置资
源，包括:8KB cache，可选内部SRAM,LCD控制器,2通道的UART,4通道DMA，存储系统管理器，PWM功能的6通道定时器，71个通用I/O端 口，实时时钟RTC，8通道10位ADC等资源。同时还扩展了一 些实用接口芯片:①Nor Flash：配置16Mbit SST399VF160。② SDRAM ：配置 64Mbit HY57V641620。③ Nand Flash：配置 16Mx8B it的K9F2808。同时其内部集成了功能强大的16位定 时器，减少了外围电路的设计，易于扩展且可以满足常用的测量 需求。
2.2信号预处理电路
信号预处理电路主要为了扩大信号输入范围，提高系统 通用性，调节信号产生能符合A/D转换条件的信号。主要由 程控放大电路、P且抗变换电路、电平变换电路三部分构成。
程控放大电路的作用是对大幅度信号进行衰减，对小幅度 信号进行放大，保证输入到A/D转换器的信号幅度在其的输 入电压范围内，采用CD4051模拟开关，OPA842运算放大器。阻抗变换电路的作用是为了提高负载能力和减少负载对信号 源的影响，提高抗干扰能力。电平变换电路是把双极性的信 号变为单极性。
2.3 A/D信号采集模块
本系统采用TLC5510高速8位并行A/D转换器，它是美 国德州仪器公司COMS工艺制造的，单5v电源
工作,20Msps 的采样速率，功耗低。TLC5510为24引脚，PSOP表贴封装形 式体积小，内部包含采样和保持电路，具有高阻抗的并行口和 内部基准电阻，大大简化了外围电路的设计。
2.4 L C D显示模块
本系统的显示设备采用320X240像素的256S T N型 彩液晶模块，S3C44B O X内置液晶屏控制器，可以直接与 LCD接口。S3C44BOX可以编程实现对不同显示器以及显示 方式的需要，同时它还支持多虚拟屏幕以及内存用作显存。它 为显示单独分配一个专用DMA通道，可以大大节省CPU资 源，使系统速度更快。同时可以在内存中分配一个更大的空 间作为虚屏内存，这样可以实现滚动窗口的显示功能。虚屏 内存数据到实屏内存也是采用DMA的方式，通过此技术LCD 屏幕可以快速刷新波形输出。
2.5键盘模块
采用3x3矩阵键盘，通过外部中断方式读取按键值，ARM 根据键值做相应处理。
3软件设计
本数字示波器的软件设计采用模块化设计思想，采用C 语言编程。模块主要分为：初始化模块、A/D转换模块、图形显 示模块、按键处理模块。
3.1初始化模块
该模块主要对系统各个资源进行初始化包括：外部电路 的初始化;ARM微处理器上中断初始化；串口初始化；液晶屏 幕初始化等。
3.2 A/D转换模块
A/D转换模块主要包括对数据采集、数字滤波、数据处理、频率测量。
麵采集过程中，A/D采样芯片的最高采样速率为20MHz，而液晶屏每行能显示320个点。当外部信号频率很低(如100Hz)，
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一种三线制铂电阻温度传感器信号调理电路设计
林凯，李迪
(中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西西安710065 )
摘要：在电子产品设计中，经常需要对温度信号进行采集。文章介绍了 一种三线制铂电阻温度传感器信号的调理电路, 该电路能将三线制铂电阻温度传感器信号调理成对应的电压信号，通过AD采集器采集后，由处理器进行处理。同时，该电路还实现了对三线制铂电阻温度传感器的故障检測功能。
关键词：三线制铂电阻;AD采集器；调理电路
中图分类号:TP212 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017 )04-0067-02
0引言
在新一代电子产品设计中，经常需要对温度信号进行采
集处理。目前常用的温度传感器有热电偶、铂电阻等。其中，
柏电阻温度传感器由于精度髙、调理简单等特点，广泛应用于
汽车、航空、工业自动化测量等领域。本文介绍了一种三线制
铂电阻温度传感器信号调理电路，实现将三线制销电阻电阻
信号转换成对应的电压信号，后级通过A D采集器采集后，由处理器进行处理。同时，该电路还实现了对三线制铂电阻温 度传感器的故障检测功能。
1电路设计及理论计算
1.1电路设计
设计三线制铂电阻温度传感器信号调理电路的目的就是 将三线制铀电阻温度传感器的电阻信号调理成对应的电压信 号，通过A D采集器采集后，由处理器进行处理。电路原理框 图如图1所示。
图1原理框图设计
三线制铂电阻温度传感器电阻信号调理电路包括：精密 电流源、惠斯通电桥、差分放大器三个部分，如图1所示。
精密电流源：用于给惠斯通电桥施加激励，选用髙精度电 压源及髙精度电阻组成。
惠斯通桥：由于被测量为电阻值，通过惠斯通电桥可以精 确的测得电阻值。
差分放大；由于惠斯通_出的电压信号比较小(mV级)，需要进行放大•■本文选择典型的由运算放大器组成的差分比 例放大电路，它具有输出信号强、抗干扰能力强的特点，因此
样速率很高铷10MHz)，显示屏幕上不能显完整的信号周期。为了避免这种问题，采用读取3200个数据，根据信 号与采样频率之比均勻的舍弃部分数据，以达到能实现完整的 一个周期波形。
数字滤波算法为了提高测量精度，通过比较各种单片机号发生器产生正弦波、方波进行测试，从实验结果来看当输入 范围在1H z〜2M H z的频率范围内时候，系统各项测量指标 均正常，波形还原准确，测量频率误差小。若是将输入信号的 频率很高时，会发现系统噪声影响比较严重，测量准确度下降。所以，系统在硬件后期还要进行优化设计。
中常用的数字滤波算法的优缺点，选用中位值平均滤波方法。这种方法又称为防脉冲干扰平均值滤波算法，它把两种不同 滤波功能的数字滤波器组合在一起，构成复合数字滤波器。先 通过中值滤波算法滤掉采样值中的脉冲干扰，然后在进行递 推平均滤波。这样对系统数据测量起到了很好作用，进一步 提高系统测量准确性。
数据处理可通过按键选择进行相应操作，比如测量峰一 峰值，可以通过对采样的3200组数据采取程序判断法，査 出这一组数据里面最大值和最小值，即可得到测量的峰一峰 值。或者可以利用A RM强大的计算能力对采样点数据进行 快速傅立叶变换(FFT)。
正弦波通过整形电路，得到占空比一定的方波，频率测量 就通过测量单位时间内的跳变就可得到信号频率。
3,3图形显示模块
系统界面设计主要参考了实际数字示波器的风格，力求 简单实用。一般来说，由A/D转换得到采样点重构波形主要 方法有：点连接和内插值法。本设计中采用了正弦内插的方 法来实现对波形的重建。
3.4测试
将系统用标准信号进行实际测试。选用EE1642B函数信4结论
在基于ARM的简易数字示波器设计中，介绍了包括硬件
电路设计和软件编程编写两方面。通过测试结果可知，该系
统具有良好的人际交互界面、操作方便、功能比较丰富，实现
了简易示波器的设计功能，同时又可以将实验室闲置的大量
开发板有效利用起来。
参考文献：
[1]肖春芳，韩绪鹏.基于单片机控制的数字频率计设计[J].电
子设计工程，2012,20(1):140-143.
[2]张涛.数字存储示波器5 0 0 MH z宽带模拟通道设计
[D]，成都：电子科技大学，2009.
[3]朱明强.基于单片机及C P L D的数字存储示波器的研
究与设计[D]，北京：北京交通大学，2008.
[4]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京航空航天大
学出版社，2005
[5]李长青.便携式数据采集分析系统的研究与设计[D].浙
江大学,2011.
[6]雷道仲.基于FPGA的正弦信号发生器研究与设计[D].湖
南：湖南师范大学>2008.
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