数字示波器中的波形存储、录制与回放
数字示波器中的波形存储、录制与回放
摘要：波形存储、录制与田放是数字示波器的重要功能。在此采用闪速存储器(FLASH Memory)存储重要的波形数据，方便用户事后调出观察、分析和对比。每段波形存储的长度固定，根据存储波形的序号、大小、起始地址等建立波形存储索引表，通过查询波形索引表可选择要回放的波形。还可以通过波影录制功能把信号波影录制到静态数据存储器(SDRAM)中，然后回放波形，寻找并观察自己需要的波形。通过直接存储(DMA)方式实现将显示缓冲区存储的波形搬移到波形录制的缓存中去，实现了数据的高速存储。在手持式示波表的研制过程中实现了此波录制和回放方法达到了预期的效果。
关键词：数字示波器；波形存储；波形录制；波形回放
0 引言
自然界的信号大多都是瞬时变化的一过性信号，采用示波器的触发功能可以捕获符合触发条件的信号，一些重要的信号需要存储并做进一步的观察和分析。早期的模拟示波器无法完成对波形的存储和回放，而现在的数字存储示波器都具有波形存储和回放功能。波形存储是将波形数据存储在闪速存储器(FLASHMemory)中，可以长时间保存数据，掉电之后数据不会丢失，方便用户存储一些重要的波形以便后期观察或对比。在观察一些瞬态信号时，用户来不及捕捉这样的信号，可以通过波形录制功能将信号存储在静态数据存储器(SDRAM)中，然后可回放信号波形，再仔细观察信号的特征。波形录制是一种连续存储波形的功能，即存储从开始录制波形的时刻起到结束时刻的每幅波形。利用波形录制与回放功能可以检测那些不易确定触发条件的瞬态信号。
根据波形存储的长度是否可变将波形存储分为固定波形数据长度存储方法和可变波形
数据长度存储方法。固定波形数据长度存储方法比较简单，而且回放方便。示波器在使用过程中，正常触发模式和扫描模式所要存储的波形点数是不一样的。需要用可变存储长度方式存储波形数据。
本文只考虑存储示波器2个通道的各一组数据，给每个通道的正常触发模式和扫描模式各分出一个存储区。正常触发模式的数据长度与扫描模式的数据长度不同。根据存储波形的关键信息建立波形存储索引表，通过查询波形索引表选择要回放的波形。波形存储索引表存储在铁电存储器(FM24CL04)中，对铁电存储器可以进行快速读写，掉电之后数据可以保存10年。所述波形存储、录制和回放方法已经用于所研制的手持式示波表中，可方便地对所观察的信号进行记录和分析。达到了预期的效果。
1 方案设计
固定大小存储方法是一种简单的波形存储方法，可以完成波形和设置的基本存储要求，虽然正常触发和扫描模式下的波形点数不一样，但是每种模式下的波形点数是固定的，可以把2种模式下的波形分开存储。根据存储波形的序号、大小、起始地址等在铁电存储器(FM24CL04)中建立波形存储索引表，通过查询波形索引表可选择要回放的波形。由波形存储在铁电存储器中的逻辑位置计算出实际存储地址。比如存储10幅波形，FLASH就分出10个区(A，B，…，J)，每个区的起始地址是一定的。而铁电存储器也分出10个位置(100，101，…，109)分别对应于FLASH的10个区，假设位置101存储B区的逻辑位置N，每一组波形的大小是固定的，设为M个字节，则当前的波形(起始位置设为ADDR_STAR)位置就是ADDR_STAR+M*(N-1)。
波形录制是把波形数据存储在SDRAM中，本设计中应用ADSP的DMA方式不通过CPU直接实现波形数据的高速传输，这样可以很大程度地节省CPU的资源，实现更加方便。
2 方案实现
2．1 波形FLASH存储与回放
采用固定大小存储方案实现波形FLASH存储与回放，通过单通道的波形存储来讨论。FLASH分出个区A1，A2分别给通道1的正常触发模式和扫描模式，铁电储存器一时也分出2个位置X1，X2与A，B2个区一一对应。逻辑位置N1表示第N1个波形的位置，波形大小即波形点数为K1或K2，起始地址AD-DR1，ADDR2表示A，B两个区的起始地址，波形地址就是本幅波形存储位置的首地址。波形存储地址示意表如表1所示。
对FLASH的操作主要有复位、写、读和擦除操作。其中写操作只能将FLASH的数据由1写为0，如果试图将0写为1就会出错。如果该区域已经写过就只能先擦除，而FLASH 的擦除只能以块为单位，如果对FLASH频繁擦除会减少寿命，因此给A1，A2；2个区各分2个块。假设每1块可以存储10幅波形。当第1块存满10幅波形数据后，下一幅波形存储在第2块中，同时擦除第1块，注意必须是在开始写第2块之后才能擦除第1块，这样可以避免有效数据被擦除。当第2块数据写满之后重新写第1块，并擦除第2块，这样整体看来，存储20幅波形才会对一个块进行擦除，避免了频繁擦除FLASH的某些位置。波形存储流程示意图如图1所示。
存储1幅波形(例如通道1的正常触发时候的波形)的具体过程如下：
(1)A1区中包含2个块(a、b)可以存储该波形。确定每一个块最多可以存储波形数量(count)，a块的起始地址ADDR_START；b块起始地址就是ADDR_START+0x08000，定义一个实际的存储地址FLASH_addr。
(2)从FM24LC02中读取该区中已存波形的逻辑位置N1，N1+1就是现在要存波形的逻辑位置。
如果N1≤count，数据存储在a中，地址是FLASH_addr=ADDR_START+(N1-1)K1。
如果N1=count+1，数据存储在b中，地址是
FLASH_addr=ADDR_START+0x08000+(N1-count-1)K1，数据存储之后擦除a中的数据。
如果count+1 FLASH_addr=ADDR_START+0x08000+(N1-count-1)K1。 如果N1=2count，数据存储在b中，地址是 FLASH_addr=ADDR_START+0x08000+(N1-count-1)K1，存储之后，N1=0。下一 幅波形存储在a中，然后擦除b中的数据。 (3)将逻辑位置N1存储在FM24CL04的X1的位置。 注意，DSP接收到采样数据后，需要根据时基通过软件再次抽点后的数据才是需要显示的波形数据。FLASH中存储的波形数据是软件抽点以前的数据，这样在调出波形数据以后可以根据用户的要求做相应处理。 调出FLASH中的波形只需要计算出该波形在FLASH中的位置就可以。根据触发模式从铁电存储器中的对应位置读出对应波形的逻辑位置N，根据N来计算数据的起始地址。如果N≤count，FLASH_addr=ADDR_START+(N-1)K，如果N>count， FLASH_addr=ADDR_START+(N-count-1)K，根据计算出的地址按照对应波形数据的大小读取数据。 存储与回放过程的重点在于对FLASH进行操作的程序，主要是对FLASH内部的命令寄存器按照一定的时序写入命令。 2．2 波形录制与回放 用户在使用示波器时，常常遇到一些瞬态信号，在还没有来得及捕捉之前信号已经消失，这样就需要波形录制与回放功能，将波形录制下来，事后再慢慢寻找并观察。波形录制是将波形数据存储在SDRAM中。本设计中最多可以录制100幅波形，并且是最近的100幅，如果已经录制满之后就会替换最先录制的波形数据，而每副波形数据大小为400个点，这样就需要分配出400×100大小的空间。本设计中使用ADSP BF531 的DMA方式，把显示缓存中的波形数据直接传送给波形录制的缓存，这样可以不经过CPU 就实现了数据的高速存储，本设计中采用的是Memory到Memory之间的DMA方式。BF531中的具体配置如下： 以上是目的地址的DMA设置。注意数据源的DMA必须在目的地址的DMA使能之前使能。 每次波形显示之后启动DMA方式把波形数据存储到录制缓存中。录制满100幅波形之后就必须剔除最先录制的波形，定义一个波形数目wave_data，一个波形覆盖数目 cover_data，cover_data在0～99之间循环变化。录制缓存的首地址为Luzhi_addr，每存储一幅波形wave_data加1。 如果wave_data<100，波形录制的地址为Luzhi_addr+400*wave_data。 如果wave_data=100，wave_data保持100不变，cover_data加1，波形录制的地址为Luzhi_addr+400*(cover_data-1)。cover_data在0～100之间循环。 波形录制流程图如图2所示。 波形回放与录制相反，从录制缓存中调出波形数据放到显示缓存中显示波形。回放状态下不需要采集数据，直接将录制缓存中的波形显示出来。波形回放时，是从最先存进来的波形开始显示的，如果cover_data!=0，表明已经录制满100幅波形，并且有cover_data 个波形被新的波形覆盖，所以回放的时候应该从luzhi_addr+400*cover_data的地址开始调出波形进行显示，依次往后调出数据进行显示，100幅波形循环调出。如果 cover_data=0，表明没有波形被覆盖，从Luzhi_data的起始地址开始调出波形进行显示，wave_data个幅波形循环显示。回放的时候还要向用户显示波形的序号，注意，波形回放支持暂停。波形回放的流程图如图3所示。 3 结语 数字示波器中的波形存储、录制与回放为用户提供了多种回顾性操作方法，更好地满足了测量需要。本文采用FLASH存储正常触发模式和扫描模式的波形数据，在铁电存储器中存储波形的索引信息，方案设计保证了对FLASH存储器按块进行擦除。采用SDRAM录制难以捕获信号特征的瞬态信号。用户可以通过对波形的回放、拉伸和压缩，观察和寻找所关心的信号波形。本文所述的波形存储、录制与回放方法已经在项目手持示波表中得到了应用，到达了用户对数字式示波器波形存储功能的基本要求。 单片机课程设计报告题目： 设计者1：负责任务： 专业班级/学号： 设计者2：负责任务： 专业班级/学号： 指导教师1：指导教师2： 答辩时间： 目录 一、设计题目、设计目的 (2) 1.1、说明选题的来源、意义和目的 (2) 1.2、课题承担人员及分工说明 (2) 二、课题总体设计说明 (2) 2.1、说明总体开发计划和课题所达到的功能目标和技术指标 (2) 2.2、课题总体设计方案，比较几个备选方案，确定最终方案 (3) 三、硬件设计说明 (4) 3.1、硬件总体设计方案 (4) 3.2、硬件设计的总电路原理图、PCB图及原件清单 (7) 四、软件设计说明 (9) 4.1、软件总体设计方案 (9) 4.2、软件功能模块划分 (9) 五、硬件调试说明 (12) 5.1、硬件性能测试 (12) 5.2、实验测得的数据 (12) 5.3、软件性能测试 (13) 六、附件 (13) 附件1、波形回放信号图 (13) 附件2、硬件外观图 (15) 附件3、PROTUES仿真效果图 (17) 1 一、设计题目、设计目的 1.1、说明选题的来源、意义和目的 选题来源：本次课题设计根据2011全国大学生电子大赛—H题波形采集、存储与回放系统基本要求设计的， 意义和目的：制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图1 所示。该系统能同时采集两路周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上。 图1-1 总设计框架图 1.2、课题承担人员及分工说明。 这次报告以及我们的硬件软件都是一起共同努力完成的，硬件也是一起做的，最后调试成功，我们的合作很愉快。 二、课题总体设计说明 2.1、说明总体开发计划和课题所达到的功能目标和技术指标 2.11、达到的功能目标 1、能完成对A 通道单极性信号（高电平约4V、低电平接近0V）、频率约1kHz 信号的采集、存储与连续回放。要求系统输入阻抗不小于10 kΩ，输出阻抗不大于1kΩ。 2、采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。原信号与回放信号电平之差的绝对值≤50 mV，周期之差的绝对值≤5%。 3、本系统处理的正弦波信号频率范围限定在10Hz~10kHz，三角波信号频率范围限定在10Hz ~2kHz，方波信号频率范围限定在10Hz ~1kHz。 4、预留电源电流的测试点。 2 示波器原理及其应用 示波器介绍 示波器的作用 示波器属于通用的仪器，任一个硬件工程师都应该了解示波器的工作原理并能够熟练使用示波器，掌握示波器是对每个硬件工程师的基本要求。 示波器是用来显示波形的仪器，显示的是信号电压随时间的变化。因此，示波器可以用来测量信号的频率，周期，信号的上升沿/下降沿，信号的过冲，信号的噪声，信号间的时序关系等等。 在示波器显示屏上，横坐标（X）代表时间，纵坐标（Y）代表电压，（注，如果示波器有测量电流的功能，纵坐标还代表电流。）还有就是比较少被关注的-亮度（Z），在TEK的DPO示波器中，亮度还表示了出现概率（它用16阶灰度来表示出现概率）。 1．1．示波器的分类 示波器一般分为模拟示波器和数字示波器；在很多情况下，模拟示波器和数字示波器都可以用来测试，不过我们一般使用模拟示波器测试那些要求实时显示并且变化很快的信号，或者很复杂的信号。而使用数字示波器来显示周期性相对来说比较强的信号，另外由于是数字信号，数字示波器内置的CPU或者专门的数字信号处理器可以处理分析信号，并可以保存波形等，对分析处理有很大的方便。 1.2.1 模拟示波器 模拟示波器使用电子枪扫描示波器的屏幕，偏转电压使电子束从上到下均匀扫描，将波形显示到屏幕上，它的优点在于实时显示图像。 模拟示波器的原理框图如下： 见上图所示，被测试信号经过垂直系统处理（比如衰减或放大，即我们拧垂直按钮－volts/div），然后送到垂直偏转控制中去。而触发系统会根据触发设置情况，控制产生水平扫描电压（锯齿波），送到水平偏转控制中。 信号到达触发系统，开始或者触发“水平扫描”，水平扫描是一个是锯齿波，使亮点在水平方向扫描。触发水平系统产生一个水平时基，使亮点在一个精确的时间内从屏幕的左边扫描到右边。在快速扫描过程中，将会使亮点的运动看起来 利用数字示波器测试开关电源的方法 从传统的模拟型电源到高效的开关电源，电源的种类和大小千差万别。它们都要面对复杂、动态的工作环境。设备负载和需求可能在瞬间发生很大变化。即使是“日用的”开关电源，也要能够承受远远超过其平均工作电平的瞬间峰值。设计电源或系统中要使用电源的工程师需要了解在静态条件以及最差条件下电源的工作情况。 过去，要描述电源的行为特征，就意味着要使用数字万用表测量静态电流和电压，并用计算器或PC进行艰苦的计算。今天，大多数工程师转而将示波器作为他们的首选电源测量平台。现代示波器可以配备集成的电源测量和分析软件，简化了设置，并使得动态测量更为容易。用户可以定制关键参数、自动计算，并能在数秒钟内看到结果，而不只是原始数据。 电源设计问题及其测量需求 理想情况下，每部电源都应该像为它设计的数学模型那样地工作。但在现实世界中，元器件是有缺陷的，负载会变化，供电电源可能失真，环境变化会改变性能。而且，不断变化的性能和成本要求也使电源设计更加复杂。考虑这些问题： 电源在额定功率之外能维持多少瓦的功率?能持续多长时间?电源散发多少热量?过热时会怎样?它需要多少冷却气流?负载电流大幅增加时会怎样?设备能保持额定输出电压吗?电源如何应对输出端的完全短路?电源的输入电压变化时会怎样? 设计人员需要研制占用空间更少、降低热量、缩减制造成本、满足更严格的EMI/EMC标准的电源。只有一套严格的测量体系才能让工程师达到这些目标。 示波器和电源测量 对那些习惯于用示波器进行高带宽测量的人来说，电源测量可能很简单，因为其频率相对较低。实际上，电源测量中也有很多高速电路设计师从来不必面对的挑战。 整个开关设备的电压可能很高，而且是“浮动的”，也就是说，不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和占空比都会变化。必须如实捕获并分析波形，发现波形的异常。这对示波器的要求是苛刻的。多种探头——同时需要单端探头、差分探头以及电流探头。仪器必须有较大的存储器，以提供长时间低频采集结果的记录空间。并且可能要求在一次采集中捕获幅度相差很大的不同信号。 开关电源基础 大多数现代系统中主流的直流电源体系结构是开关电源(SMPS)，它因为能够有效地应对变化负载而众所周知。典型SMPS的电能信号路径包括无源器件、有源器件和磁性元件。SMPS尽可能少地使用损耗性元器件(如电阻和线性晶体管)，而主要使用(理想情况下)无损耗的元器件：开关晶体管、电容和磁性元件。 数字示波器的原理及使用 【摘要】示波器就是以直角坐标为参数系,以时间扫描为时基两维地显示物理量——电量瞬时变化的仪器,它不但能观测低频信号(包括单次信号),同时也能观测高频信号与快速脉冲信号 ,并能对其表征的参量进行分析与测量。随着数字集成电路技术的发展而出现的数字存储示波器,不但能对波形进行显示,还能对波形进行存储、分析、计算,并能组成自动测试系统,使之成为了电子测量领域的基础测试仪器之一。 关键词:示波器,信号,数字集成电路,数字存储 【Abstract】Oscilloscope is an instrument that can display electrical signals in rectangular coordinates system based on amplitude and time、It can not only observe the low-frequency signal (including single signal), but also the high-frequency signal and pulse signal, and parameters on the characterization of the analysis and measurement、The digital storage oscilloscope was invented with the development of digital integrated circuit technology, which can not only display the waveform but also can store, analysis, calculate the Parameters of the signal and can form an automatic testing system、The digital storage oscilloscope have become one of the basic testing instrument for electronic measurement 、 Keywords: oscilloscope,signal,digital integrated circuit, digital storage oscilloscope 1、前言 随着数字集成电路技术的发展,数字式示波器的出现以其存储波形及多种信号分析、计算、处理等优良的性能逐步取代模拟示波器。与模拟示波器相比,数字示波器可以实现高带宽及方便地实现对模拟信号波形进行长期存储并能利用机内微处理器系统对存储的信号做进一步的处理,例如对被测波形的频率、幅值、前后沿时间、平均值等参数的自动测量以及多种复杂的处理。 2、数字示波器的基本原理 2、1数字存储示波器的组成原理 典型的数字示波器原理框图如图2、1所示,它分为实时与存储两种工作状态,当其以实时状态工作时,其电路组成原理与模拟示波器相同。当其以存储状态工作时,它的工作过程一般分为存储与显示两个阶段,在存储工作阶段,模拟输入信号先经过适当的放大或衰减,然后经过采样与量化两个过程的数字化处理,将模拟信号转化成数字信号后,在逻辑控制电路的控制下将数字信号写入到存储器中。量化过程就就是将采样获得的离散值通过 A/D转换器转换成二进制数字。采样,量化及写入过程都就是在同一时钟频率下进行的。在显示工作阶段,将数字信号从存储器中读出来,并经D/A转换器转换成模拟信号,经垂直放大器放大加到CRT 的Y偏转板。与此同时,CPU的读地址计数脉冲加之D/A转换器,得到一个阶梯波的扫描电压,加到水平放大器放大,驱动CRT的X偏转板,从而实现在CRT上以稠密的光点包络重现模拟信号。 电子与信息工程学院 综合实验课程报告 课题名称 语音采集及回放系统设计 专 业 电子信息工程 班 级 07电子2班 学生姓名 Y Y Y 学 号 07002 指导教师 X X X 2010年 7月 5日 1 总体设计方案介绍： 1.1语音编码方案： 人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz～20000 Hz ,而一般语音频率最高为3400 Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”, 采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍，由于语音信号频率为300～3 400 Hz ,所以把语音采集的采样频率定为8 kHz。从语音的存储与压缩率来考虑，模型参数表示法明显优于信号波形表示法[4]。但要将之运用于单片机，显然信号波形表示法相对简单易实现。基于这种思路的算法，除了传统的一些脉冲编码调制外，目前已使用的有VQ技术及一些变换编码和神经网络技术，但是算法复杂，目前的单片机速度底，难以实现。结合实际情况，提出以下几种可实现的方案。 （1）短时平均跨零记数法该方案通过确定信号跨零数，将语音信号编码为数字信号，常用于语音识别中。但对于单片机，由于处理数据能力底，该方法不易实现。 （2）实时副值采样法采样过程如图2.1所示。 图2.1 采样过程 具体实现包括直存取法、欠抽样采样法、自相似增量调制法等三种基本方法。其中第三种实现方法最具特色，该方法可使数据压1：4.5，既有M ?调制的优点，又同时兼有PCM编码误差较小的优点，编码误差不向后扩散。 1.2 A/D、D/A及存储芯片的选择 单片机语音生成过程,可以看成是语音采集过程的逆过程,但又不是原封不动地恢复原来的语音,而是对原来语音的可控制、可重组的实时恢复。在放音时,只要依原先的采样直经D/ A 接口处理,便可使原音重现。 （1）A/D转换芯片的选择根据题目要求采样频率f s=8K H Z，字长=8位， 可选择转换时间不超过125s的八位A/D转换芯片。目前常用的A/D转换实现的 预备实验：数字示波器使用方法（简介） 内容提示：1、数字示波器功能简介 2、示波器面板照 3、示波器各按钮操作功能 4、示波显示状态的含义 5、常用功能按钮的操作 6、垂直控制按钮的操作 7、水平控制按钮的操作显示 8、触发电平控制按钮的操作 9、操作注意事项 10、显示、测量直流信号 11、显示、测量交流信号 一、数字示波器功能简介 数字示波器是一种小巧，轻型、便携式的可用来进行以接地电平为参考点测量的数字式实时示波器。它的屏幕既能显示被测信号的波形，还能显示被测信号的电压幅度、周期、频率等有关电参数。 ADS1000CA特点： ●全新的超薄外观设计、体积小巧、携带更方便 ●彩色TFT LCD 显示，波形显示更清晰、稳定 ●双通道，带宽: 25MHZ-100MHZ ●实时采样率：1GSa/s ●存储深度：2Mpts ●丰富的触发功能：边沿、脉冲、视频、斜率、交替、延迟 ●独特的数字滤波与波形录制功能 ●Pass/Fail 功能 ●32 种自动测量功能 ●2 组参考波形、20 组普通波形、20 组设置内部存储/调出；支持波形、设置、CSV 和位图文件U 盘外部存储及调出 ●手动、追踪、自动光标测量功能 ●通道波形与FFT 波形同时分屏显示功能 ●模拟通道的波形亮度及屏幕网格亮度可调 ●弹出式菜单显示模式，用户操作更灵活、自然 ●丰富的界面显示风格：经典、现代、传统、简洁 ●多种语言界面显示，中英文在线帮助系统 ●标准配置接口：USB Host：支持U 盘存储并能通过U 盘进行系统软件升级； USB Device：支持PictBridge 直接打印及与PC 连接远程控制；RS-232 海康4200客户端电脑端实现开机存储和远程回放功能图文 教程 现在在外安装监控的时候，很多客户会提出使用家庭电脑来进行监控录像，以此来节约一个NVR或DVR的价钱。若是放在几年前，实现这种方法无非是给电脑增加一个视频采集卡来实现，但现在，只需海康的4200客户端就能搞定（此教程适合海康网络像机使用，模拟像机还需使用采集卡或DVR）。 海康4200客户端实现监控与存储有两种方法，下面为各位介绍详细教程： 1.准备工作 海康网络像机，电脑，网络视频监控iVMS-4200（下载地址.hikvision./cn/download_more_390.html） PS：若是多个监控点，需增加交换机（若是POE供电的网络像机，加一个POE交换机最好，此为废话） 2.电脑配置 网络像机存储的视频占用空间比较大，因此需对电脑硬盘进行重新分区处理（电脑没有重要资料的话，分两个区：系统+录像两个盘符即可） 3.软件安装 软件安装的步骤就不作教程了，大家应该都会安装，只需要注意下面这点就行了 勾上存储服务器（后面会讲到此功能），完成安装后电脑桌面会出现这两个图标 4.软件录像配置 方法一： 打开软件后，在设备管理中添加网络像机 添加完成后在主预览界面的监控点位置双击就可以看到 鼠标移动到画面位置，会弹出如下界面 此按键为手 动录像，点 击后，标识 出现R图 标，表示正 在录像 录像模式可以在存储计划中进行设置，可以设置成全天模式，也可以设置成移动侦测录像，根据需要选择 录像存储路径设置： 点击软件右上角：工具→系统配置→文件，进行配置 录像回放： 在上一步的录像存储路径中，可以找到存储的录像资料，录像的格式是MP4格式，用播放器或者软件自带的播放器都可打开录像进行回放 以上所述录像方式，操作比较简单，但每次录像都需要手动点录像才能录，不点的话是不会自动录像的。所以对于有些客户，电脑监控办公两用的话，会经常性的录不了像，因此在这推荐第二种方法! 数字存储示波器的原理及使用 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变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。目前大量使用的示波器有两种：模拟示波器和数字示波器。模拟示波器发展较早，技术也非常成熟，其优点主要是带宽宽、成本低。但是随着数字技术的飞速发展，数字示波器拥有了许多模拟示波器不具备的优点：不仅具有可存储波形、体积小、功耗低，使用方便等优点，而且还具有强大的信号实时处理分析功能；具有输入输出功能，可以与计算机或其他外设相连实现更复杂的数据运算或分析。随着相关技术的进一步发展，数字示波器的频率范围也越来越高了，其使用范围将更为广泛因此，学习数字示波器的使用具有重要的意义。 实验目的 1. 了解数字示波器的工作原理； 2. 掌握数字示波器的使用方法； 3. 会用数字示波器测量未知信号的参数。 实验原理 数字存储示波器与模拟示波器不同在于信号进入示波器后立刻通过高速A/D转换器将模拟信号前端快速采样，存储其数字化信号。并利用数字信号处理技术对所存储的数据进行实时快速处理，得到信号的波形及其参数，并由示波器显示，从而实现模拟示波器功能。而且测量精度高，还可以存储和调用显示特定时刻信号。 一个典型的数字存储示波器原理框图如图1所示，模拟输入信号先适当地放大或衰减，然后再进行数字化处理。数字化包括“取样”和“量化”两个过程，取样是获得模拟输入信号的离散值，而量化则是使每个取样的离散值经A/D转换成二进制数字，最后，数字化的信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM（存储器）中，CPU从存储器中依次把数字信号读出并在显示屏上显示相应的信号波形。GPIB为通用接口总线系统，通过它可以程控数字存储示波器的工作状态，并且使内部存储器和外部存储器交换数据成为可能。 由此可见，数字示波器必须要完成波形的取样、存储和波形的显示，另外为了满足一般应用的需求，几乎所有微机化的数字示波器都提供了波形的测量与处理功能。 1. 波形的取样和存储 由于数字系统只能处理离散信号，所以必须对模拟连续波形先进行抽样，再进行A/D 转换。根据Nyquist定理，只有抽样频率大于要处理信号频率的两倍时，才能在显示端理想地复现该信号。 由此可见，数字示波器必须要完成波形的取样、存储和波形的显示，另外为了满足一般应用的需求，几乎所有微机化的数字示波器都提供了波形的测量与处理功能。 H-1 2011 年全国大学生电子设计竞赛试题 参赛注意事项 （1）2011 年8 月31 日8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 （2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 （3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份 的有效证件（如学生证）随时备查。 （4）每队严格限制3 人，开赛后不得中途更换队员。 （5）参赛队必须在学校指定的竞赛场地内进行独立设计和制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。 （6）2011 年9 月3 日20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。波形采集、存储与回放系统(H 题) 【高职高专组】 一、任务 设计并制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图1 所示。该系统能同时采集两 路周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上。 图1. 采集回放系统示意图 二、要求 1．基本要求 （1）能完成对A 通道单极性信号（高电平约4V、低电平接近0V）、频率约1kHz 信号 的采集、存储与连续回放。要求系统输入阻抗不小于10 kΩ，输出阻抗不大于1kΩ。（2）采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。原信号与回放 信号电平之差的绝对值≤50 mV，周期之差的绝对值≤5%。 （3）系统功耗≤50mW，尽量降低系统功耗，系统内不允许使用电池。 2. 发挥部分 （1）增加B 通道对双极性、电压峰峰值为100mV、频率为10Hz~10kHz 信号的采集。 数字示波器及其简单原理图 数字示波器可以分为数字存储示波器（DSO）数字荧光示波器（DP09、混合信 号示波器（MSO9和米样示波器。 数字式存储示波器与传统的模拟示波器相比，其利用数字电路和微处理器来增强对信号的处理能力、显示能力以及模拟示波器没有的存储能力。数字示波器的基本工 作原理如上图所示当信号通过垂直输入衰减和放大器后，到达模-数转换器（ADC。ADC 将模拟输入信号的电平转换成数字量，并将其放到存贮器中。存储该值得速度由触发电路和石英晶振时基信号来决定。数字处理器可以在固定的时间间隔内进行离散信号的幅值采样。接下来，数字示波器的微处理器将存储的信号读出并同时对其进行数字信号处理，并将处理过的信号送到数-模转换器（DAC、，然后DAC的输出信号去驱动垂直偏转放大器。DAC也需要一个数字信号存储的时钟，并用此驱动水平偏转放大器。与模拟示波器类似的，在垂直放大器和水平放大器两个信号的共同驱动下，完成待测波形的测量结果显示。数字存储示波器显示的是上一次触发后采集的存储在示波器内存中的波形，这种示波器不能实时显示波形信息。其他几种数字示波器的特点，请参考相关书籍。 Agile nt DSO-X 2002A 型数字示波器面板介绍 Rm — "P SiD (l#~j a o o o a 二 Mr 强 ； A T ef kiLol&￡i^ li^fiiu]\'ioan Svaixli | Analiif] PnOi 伽 Fui￡ Dto-X :ua ；A [*■4■討心十!?山皿町 p . * 3 ? ? ? 山唤附■血品 1 lnlensity(^fe ) 2 Entry HW 3 LCD^TF ◎IWI 控制 S 数字示波器使用小方法 前言 本文的结构逐条编排，目的是使内容成为开放性和可添加型的，欢迎有经验的同事增加新的内容。 对本文中用到按键符号作如下规定： TRIGGER MENU→Type(main)→Edge(pop-up)→Coupling(main)→DC(Side) 代表按面板上的TRIGGER MENU键，再按显示屏下方的T ype键，重复按这个钮直到Edge高亮显示，再按显示屏下方的Coupling，再按显示屏右侧的DC键。 注：main代表显示屏下方的键，Side代表显示屏右方的键,pop-up代表一直按此键，直到项目高亮显示。 目录 一．安全问题 (1) 二．使用探头 (2) 三．触发方式 (11) 四．测试方法 (15) 五．小常识、小经验 (23) 一．安全问题 结论一示波器电源线要用三相插头良好接地（即接实验室的地线）说明为了避免电冲击对示波器造成损伤，输出及输入端进行电气连接前要保证示波器良好接地。 结论二探头地线只能接电路板上的地线，不可以搭接在电路板的正、负电源端说明交流供电系统或经整流后直流供电的系统的地一般都是接大地的。探头的地也是经示波器安全地线接大地的。如果探头的地搭在电路板上不是地的点上，就会造成此点和电源地短路，轻者使电路板工作不正常，重者会烧坏电路板或探头，造成严重后果。 尤其注意不能把探头的地接到电路板上的正、负电源端。 结论三不允许在探头还连接着被测试电路时插拔探头。 说明避免对示波器和探头造成损伤，尤其是有源探头。厂家说明。 结论四信号的幅度不要超过探头和示波器的安全幅度，以免造成损坏说明信号幅度超过±40V时，用有源探头P6245和P6243测量会造成探头的损坏。不同探头的幅度量程是不同的，要留心探头及示波器上的说明文字。 数字示波器的调节与使用 一、实验目的 1.了解示波器的结构与示波原理 2.掌握示波器的使用方法，学会用示波器观测各种电信号的波形 3.学会用示波器测正弦交流信号的电压幅值及频率 4.学会用李萨如图法，测量正弦信号频率 二、实验仪器 RIGOL DS1000E型数字存储示波器，ＤＧ１０２２函数波形发生器 三、实验原理 1、双踪示波器的原理： 双踪示波器控制电路主要包括：电子开关、垂直放大电路、水平放大电路、扫描发生器、同步电路、电源等。 Y CH1 Y CH2 图1. 双踪示波器原理方框图 其中，电子开关使两个待测电压信号YCH1和YCH2周期性地轮流作用在Y偏转板，这样在荧光屏上忽而显示YCH1信号波形，忽而显示YCH2信号波形。由于荧光屏荧光物质的余辉及人眼视觉滞留效应，荧光屏上看到的是两个波形。 如果正弦波与锯齿波电压的周期稍不同，屏上出现的是一移动的不稳定图形，这是因为扫描信号的周期与被测信号的周期不一致或不呈整数倍，以致每次扫描开始时波形曲线上的起点均不一样所造成的。为了获得一定数量的完整周期波形，示波器上设有“time/div”调节旋钮，用来调节锯齿波电压的周期，使之与被测信号的周期呈合适的关系，从而显示出完整周期的正弦波形。 当扫描信号的周期与被测信号的周期一致或是整数倍，屏上一般会显示出完整周期的正弦波形，但由于环境或其他因素的影响，波形会移动，为此示波器内装有扫描同步电路，同步电路从垂直放大电路中取出部分待测信号，输入到扫描发生器，迫使锯齿波与待测信号同步，此称为“内同步”。如果同步电路信号从仪器外部输入，则称为“外同步”。 2．示波器显示波形原理： 如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，当锯齿波电压的变化周期与正弦电压的变化周期相等时，则在荧光屏上将显示出完整周期的正弦波形，如图2所示。如果在示波器的YCH1、YCH2端口同时加上正弦波，在示波器的X偏转板加上示波器内部的锯齿波，则在荧光屏上将得到两个正弦波。 图2.示波器显示正弦波形的原理 3、数字存储示波器的基本原理 数字存储示波器的基本原理框图如图3所示： 图3.数字存储示波器的基本原理框图 数字示波器是按照采样原理，利用A/D变换，将连续的模拟信号转变成离散的数字序列，然后进行恢复重建波形，从而达到测量波形的目的。 输入缓冲器放大器（AMP)将输入的信号作缓冲变换，起到将被测体与示波器隔离的作用，示波器工作状态的变换不会影响输入信号，同时将信号的幅值切换至适当的电平范围（示波器可以处理的范围），也就是说不同幅值的信号在通过输入缓冲放大器后都会转变成相同电压范围内的信号。 A/D单元的作用是将连续的模拟信号转变为离散的数字序列，然后按照数字序列的先后顺序重建波形。所以A/D单元起到一个采样的作用，它在采样时钟的作用下,将采样脉冲到来时刻的信号幅值的大小转化为数字表示的数值。这个点我们称为采样点。A/D转换器是波形采集的关键部件。 多路选通器（DEMUX）将数据按照顺序排列，即将A/D变换的数据按照其在模拟波形上的先后顺序存入存储器，也就是给数据安排地址，其地址的顺序就是采样点在波形上的顺序，采样点相邻数据之间的时间间隔就是采样间隔。 数据采集存储器（Acquisition Memory)是将采样点存储下来的存储单元，他将 信号采集与回放系统 技术报告 电信082班084775240 周霞 （合作者：电信082班084775228 吴迪） 指导教师：倪海燕 2010-5-27 摘要：本设计通过A/D转换和D/A转换实现输入信号与输出信号的变化。通过实验箱上的模式3的ADC输入正弦波信号，设计按键选择，有3种模式分别是直接回放，单次回放，循环回放和定点回放。 关键字：信号回放模式选择 一、实验要求 1. 实现输入，存储，回放信号 2. 回放模式选择（直接回放，单次波形回放，循环回放，分段存储定点回放等） 二、总原理图 三、系统总体方案设计 根据实验要求，TLC5510A 是采样率最高为20MHz的8位并行高速ADC ，FPGA的PIO48输出信号控制ADC1的输出使能信号OE（低电平有效）；PIO15为转换时钟信号CLK；AD转换结果送至PIO16~PIO23，并且同时显示在数码管1和数码管2上。ADC的模拟信号输入端在实验箱的左侧，允许输入0~5V的信号。 转换关系：DATA=255×Ain/5 数据从采集到转换结束需要两个半时钟周期 四、软件电路的设计 4.1控制器的设计 用VHDL语言编写控制器的程序，要有读写使能和模式选择。用choose[2]的四个状态分别表示直接回放，单次回放，循环回放和定点回放。 程序如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity control is port ( clk:in std_logic; --时钟 writ:in std_logic; --读写使能 en:in std_logic; --使能 choose:in std_logic_vector(1 downto 0); --模式选择 ch:in std_logic_vector(1 downto 0); --阶段选择 enout:out std_logic; --读写使能输出 adr:out std_logic_vector(9 downto 0) ); --地址 end entity control; architecture behave of control is signal count1:std_logic_vector(9 downto 0); signal count11:std_logic_vector(9 downto 0); signal count2:std_logic_vector(9 downto 0); signal count22:std_logic_vector(9 downto 0); begin process(writ,en,ch,choose) begin if(en='1')then count1<="0000000000";count11<="0000000000"; count2<="0000000000";count22<="0000000000"; elsif (clk'event and clk='1')then if(choose="01")then ---- 单次回放 数字示波器的使用 实验报告 姓名： 学号： 座位号： 指导教师： 报告箱号： 实验日期：年月日星期第节 数字示波器的使用 预习提示：完整地学习使用某一仪器的最好方法一般是对照着用户手册，按照提示一步一步地操作，并观察记录实验现象和结果，思考自己所完成的仪器操作的作用。但初次接触像示波器这样的通用仪器，一方面，我们不可能在短时间内学会其所有的操作；另一方面，通用仪器的各种功能之间并不一定有直接的相互关联，我们可以选择其中的部分功能进行学习，其他功能可以留到以后用到时再参考用户手册来学习和实践。实验预习时，学生可以粗读用户手册中与实验内容相关的章节（第一章和第二章），知道有关功能/操作大致是哪些步骤、可以得到哪些结果。千万不要尝试去“背诵”用户手册的某个章节甚至整本用户手册。 实验目的： 预习作业： 1.示波器是一个什么样的仪器？它有哪些应用？ 2.本实验所用数字示波器的电压显示范围V pp是_________；若待测量信号的V pp小于此值，则可将信号 直接接到数字示波器的信号输入端（通道1或通道2）；若待测量信号的V pp大于此值，则需用示波器10:1衰减探头，且在探头线___________开关打开的情况下才能将信号接入示波器。 3.信号接入示波器之后，如果发现信号幅度纵向只占屏幕的很小部分或上下均超出屏幕显示范围，应调 节相应通道的________旋钮；若信号纵向偏离屏幕中心位置，则应调节相应通道的_________旋钮。若屏幕上显示的信号周期数太少或太多，则应调节该通道的________旋钮。 4.若屏幕上显示的信号一直在左右移动，很可能是因为_________源/模式选择或________电平设置不当。 5.（本题可在实验过程中完成）电压档位显示在液晶屏的_________位置，时基档位显示在液晶屏的 _________位置，触发源和触发模式选择显示在液晶屏的________位置。 6.（本题可在实验过程中完成）屏幕上，信号电压的零点由显示屏________位置的_______符号来指示。 信号以直流耦合方式输入时的指示符号是________；信号以交流耦合方式输入时的指示符号是 ________。 波形采集、存储与回放系统设计 摘要 本设计是基于数字示波器的原理，以STM32-cortex-m3作为控制芯片，把波形采集分为A、B两个通道，对A通道的输入信号进行衰减，对B通道的输入信号进行放大，然后采用内部集成的高速AD对信号进行实时采样，方式为上升沿内触发，可以实现波形的单次和多次触发存储和回放显示，以及频率、周期、峰-峰值的测量和显示，并具有掉电存储功能。由信号采集、数据处理、波形显示，控制面板等功能模块组成，整个系统分成A/D转换部分、D/A转换部分、波形存储部分、键盘输入控制四大部分，系统操作简便，输出波形可以在示波器输出显示，此存储示波器即具有一般示波器实时采样实时显示的功能，又可以对某段波形进行即时存储和连续回放显示，且界面友好，达到了较好的性能指标。具体设计原理以及过程在下面章节中详细说明。 关键字：STM32、波形采集、波形存储、波形回放 Abstract The design is based on the principle of digital oscilloscope, with STM32-cortex-m3 as the control chip, the waveform acquisition is divided into A, B two channel, the A channel input signal attenuation on B channel, the input signal is amplified, then using the internal integration of high-speed AD on real time data sampling, as rising edge trigger, can achieve waveform of single and multiple triggers the storage and playback and display, frequency, cycle, peak to peak value measurement and display, and power failure memory function. The signal acquisition, data processing, waveform display, the control panel and other functional modules, the system is divided into A/D transformation, D/A converting part, waveform storage, keyboard input control system four parts, simple operation, the output waveform can be output in the oscilloscope display, this storage oscilloscope namely has the common oscilloscope real-time sampling real time display function, can be a real-time storage and continuous playback waveform display, and friendly interface, has achieved good performance. The design principle and process are described in detail in the following sections. Keywords: STM32, waveform acquisition, storage, waveform waveform playback 单片机课程设计报告 题目：波形采集、存储与回放系统 设计者1：负责任务：程序编写、报告 专业班级/学号：09应用电子技术⑤0906020 设计者2：负责任务：整合、调试、报告专业班级/学号：09应用电子技术⑤0906020 指导教师1：陈老师 答辩时间：2011-11-20 目录 一、选题的背景 (3) 1、选题的来源、意义和目的 (3) 2、课题承担人员及分工说明 (3) 二、课题总体设计说明 (3) 1、总体开发计划 (3) 2、课题所达到的功能目标、技术指标 (4) 3、课题总体设计方案，比较几个备选方案，确定最终方案 (4) 三、硬件设计说明 (5) 1、硬件总体设计方案 (6) ①主控芯片 (7) ②采集、回放电路 (7) ③控制按键 (7) ④显示模块 (7) 四、软件设计说明 (8) 1、软件总体设计方案 (8) ①软件设计目标 (8) ②软件功能模块划分 (8) 五、硬件调试说明 (11) 1、硬件性能测试 (11) 2、软件性能测试 (11) 六、课题开发总结 (11) 七、用户操作说明 (12) 八、参考资料 (12) 1、元件清单 (12) 2、原理图 (13) ３、硬件电路板外观图片 (12) 九、附件 (13) 1、元件清单 (14) 2、原理图 (14) 3、PCB版图 (15) 4、仿真图 (15) 5、硬件电路板外观图片 (15) 十、课题开发总结 1、任务完成情况总结 (16) 2、设计体会 (16) 3、设计工具 (16) 【摘要】 本设计是设计一款基于单片机STC85C52的波形采集存储与回放控制系统，其中单片机是整个控制系统的核心，结合AT24C04存储及PDF8591芯片A/D数据采集模块，可靠地实现对一路外部信号进行采集与存储。系统硬件可以分为模拟部分和数字部分。模拟电路主要包括按键电路、单片机的外围基本模块及A/D模块、D/A模块。数字部分主要由单片机STC85C52实现与AT24C04，用于数据的存储、传输和信号处理等。 关键词：单片机STC85C52；AT24C04；PDF8591；波形采集存储与回放； 一、选题的背景 1、选题的来源、意义和目的 来源：2011全国大学生电子设计竞赛试题； 意义：使我们更加理解全国大学生电子设计竞赛； 目的：通过波形采集、存储与回放系统的学习，学会液晶LCD1602、AD/DA 模块和EEPROM存储模块的使用 2、课题承担人员及分工说明 刘: 模块整合、编写程序、报告、程序调试、画PCB板 邓: 软硬件调试、报告、做板、绘制PROTEL与PROTUES原理图、写课程设计报告。 二、课题总体设计说明 1、总体开发计划 设计并制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图1 所示。该系统能同时采集两路周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上。如图2-1所示。 DS1052E 型数字示波器使用说明 概述 DS1052E 型示波器以优异的技术指标及众多功能特性的完美 结合，向用户提供了简单而功能明晰的前面板，以进行所有的基本操作。各通道的标度和位置旋钮提供了直观的操 作，完全符合传统仪器的使用习惯，用户不必花大量的时间去学习和熟悉示波器的操作， 即可熟练使用。为加速调整，便于测量，用户可直接按AUTO 键，立即获得适合的波形显 现和档位设置。除易于使用之外，示波器还具有更快完成测量任务所需要的高性能指标和 强大功能。通过1GSa/s 的实时采样和25GSa/ s 的等效采样，可在示波器上观察更快的信号。 强大的触发和分析能力使其易于捕获和分析波形。清晰的液晶显示和数学运算功能，便于 用户更快更清晰地观察和分析信号问题。 技术性能 50MHz 。双模拟通道，每通道带宽： 分辨率。×234 320高清晰彩色液晶显示系统： USB 存储设备以及USB 接口打印机，并可通过USB 存储设备进支持即插即用闪存式 行软件升级。 模拟通道的波形亮度可调。 AUTO ）。自动波形、状态设置（ 波形、设置、CSV 和位图文件存储以及波形和设置再现。 精细的延迟扫描功能，轻易兼顾波形细节与概貌。 自动测量20 种波形参数。 自动光标跟踪测量功能。 独特的波形录制和回放功能。 内嵌FFT。 LPF，HPF，BPF，BRF 。实用的数字滤波器，包含 Pass/ Fail 检测功能，光电隔离的输出端口。Pass/ Fail 多重波形数学运算功能。 独一无二的可变触发灵敏度，适应不同场合下特殊测量要求。多国语言菜单显示。 弹出式菜单显示，用户操作更方便、直观。 波形采集储存与回放系统毕业论文 目录 第一章方案设计与论证 (1) 1.1要求 (1) 1.1.1基本要求 (1) 1.1.2发挥部分 (2) 1.3方案论证 (2) 1.3.3方案一 (2) 1.3.4方案二 (2) 1.3.5方案三 (3) 第二章理论分析与计算 (4) 2.1主芯片分析 (4) 2.2 ADC12模块 (5) 2.3扫描速度与采样频率的关系 (5) 2.4信号采样技术的基本原理 (5) 2.4.1实时采样 (5) 2.4.2顺序采样 (6) 2.4.3随机采样 (6) 第三章系统设计与框图 (7) 3.1输入输出电路 (8) 3.1.1 A路输入 (8) 3.1.2 A路输出 (8) 3.1.3 B路输入 (9) 3.1.4 B路输出 (9) 3.2电源电路 (10) 3.3 MSP430F1479最小系统 (10) 3.4显示与控制模块 (11) 3.5掉电保护电路控制 (12) 第四章软件设计 (13) 第五章系统测试 (14) 5.1测试仪器 (14) 5.2输入阻抗 (14) 5.3测试方案 (14) 5.3.1基本要求测试 (14) 5.3.2发挥部分测试 (15) 第六章实验结果分析与讨论 (16) 6.1实验结果 (16) 第七章结论及意义 (18) 参考文献 (19) 致谢 (20) 附录 (21) 第一章方案设计与论证 设计并制作一个波形采集、存储与回放系统，示意图如图 1 所示。该系统能同时采集两 路周期信号波形，要求系统断电恢复后，能连续回放已采集的信号，显示在示波器上 1.1要求 1.1.1基本要求 （1）能完成对 A 通道单极性信号（高电平约 4V、低电平接近 0V）、频率约 1kHz 信号 的采集、存储与连续回放。要求系统输入阻抗不小于10 k?，输出阻抗不大于1k?。（2）采集、回放时能测量并显示信号的高电平、低电平和信号的周期。原信号与回放 信号电平之差的绝对值≤50 mV，周期之差的绝对值≤5%。 （3）系统功耗≤50mW，尽量降低系统功耗，系统不允许使用电池。单片机 PCF8591 波形采集存储与回放
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