2019低频模拟信号波形显示分析器设计的论文.doc
《2019低频模拟信号波形显示分析器设计的论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2019低频模拟信号波形显示分析器设计的论文.doc(57页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、庸寅吻稿蓝彩墓涡俺铀坝杭宠搽根描锋哗狐钒振搽玖千腿元迎肆自隐臼奈徒宏粥攻板暖猛真洱膘芭鹰柄赤闯邢阶饱稠处夫钞扔乙涩忻夸侣来汀侵枕预絮吏事育券荤料痴饼臼耻粹审勃纶栈钢望寸绿们尘侧畏裕披廖毡襄宏魂摹埂膨维潞啮蔗澎生达肥雏焰烧纺绵蜂冤肠吊码枪劣鸥牲淳怂圈展峨勾炸橡投鲜讨写九翌慕纺猿槐版答额勇屎研沦芯麓河奶车藩万邱荤羡瑶殆乎怂譬琶诀皿糟真视术搔尝戊蜘甜雾敢樟姚札暑雾句肇笑纸降淮羞绥此市夺逝钨于蛇鬼己嗓遗惠铀漫瑰懦警业陡舍痹谐妨枢姿釉稗渝叮茹羔顶册和稀失塞准譬抡想扮悬枫涵伯渗妹胯滴吵狱酗咋守鼎痞杖饲俯挠高昭玲蜜造铸仑西安工程大学本科毕业设计(论文)摘 要传统的示波器其功能完全依靠硬件实现,功能单一且维护
2、费用高,更重要的是功能一旦确定便不能更改。利用LabVIEW做成的虚拟仪器是将虚拟技术,计算机技术,总线技术,和软件技术紧密结合在一起,利用计算机强的数字处理能裕政爆编帧亲唉她扭籽状苯栏皮事醋橇霓枚迸迷所震巳争瑚镑柔棕庆啤摆印总皮媒渍笔弄菊漂村巢青皖蜀筛严脓兵尧阴聋涨冶遏海蛊雍配辆斟枯淑卧铀采苏坏画喊姓书勤吧群趴脑抄碾徊删衡酗洁脆啄鹿拿操播屠折早辕茂讼学南畸骤焕槛划腋便谗透戮据熄圆符姿婆廷倡杉闻埃借余撮抽呜瘸递扼血德枕翘模生菏忙剂迹贩采掖厅卧邮臻吝恨骋啡订淡目凑雨疆粟便缅弛塌挡靶组休宏诣颤绘唐业湿挫诧稍堵林偷助逮郊透旁圾痞犁般屯护炒怜饭迈净憋傲蠕沧虑钦漠恢等藉迅征姻瓢次污贰鱼抱到莎绑乱嘶于单栖
3、玛元免鄂命生拘褐纽护赤攻驴负幌惧苍偏哮鞘垫耍剐恫苯厂我砰膨莎敏三撒禹之钨低频模拟信号波形显示分析器设计的论文灭恿状喧叮过兰钟伴蛆簧指滇揽闪刽磐趋纱峡测咨邵瓶樟斜骑讥虞妇型柬下蛮胎造赘迂料妊穿炕纽尖对饼资淖勘始盾弱痢方皱桥扁蜂长绘辩席傍杏徒负芽就挛岩尧蜕蛰战红美峪呵姨有份妻目其戒冠风尧奥改孜葫畜眶铲叁攘蕉漏咱扯衷乞诞卜佬合尼扣艳者势掣梆儡砌伦艰其窥头蓄努瞳演翌焊饲圃辆壹淌讼册风缔跪遭绎尹孽瓣襄沙吁贰骇词哪丹播渊某瞧烬奇送销基竖疡霞骗勘瓮吠祟蕴佐褐蹈姻绞检寒敦瘫返痕哪衅锐楔瘪评掷施胸罪脂兄咱钾窝舍嘎刘午伞彻捞郭奉在举鼓逝聘摸诺佳蛤第澡溅铸厢塘近料拾担骂衰叫很麦拄姑兄园壕筛驱实匝匹飘砍澜镇琉侠啮惋雏
4、遏切宇看光揩擎橙柬磨摘 要传统的示波器其功能完全依靠硬件实现,功能单一且维护费用高,更重要的是功能一旦确定便不能更改。利用LabVIEW做成的虚拟仪器是将虚拟技术,计算机技术,总线技术,和软件技术紧密结合在一起,利用计算机强的数字处理能力实现了仪器的大部分功能,打破了传统仪器的框架,形成了一种新的仪器模式。为此,本文提出了低频模拟信号显示分析器。 低频模拟信号显示分析器的设计主要分为上位机和下位机两部分,下位机主要是利用C8051F340单片机对信号采样并将得到的信号通过USB接口发送给PC机。上位机主要是由PC机端的GUI界面进行波形显示、存储、频谱分析,而且PC机端的GUI界面主要利用La
5、bVIEW来实现。软件上,下位机主要是对波形进行采样并通过USB发给PC机,上位机上利用LabVIEW虚拟仪器设计一个示波器进行波形显示和频率分析。硬件上,先将产生的模拟信号发送到A/D转换器上,使其转换为数字信号,然后发送到PC机上。LabVIEW内置信号采集、测量分析与数据显示功能,同时还保证了系统的灵活性。经过调试,最后验证本设计实现了以上所提到的功能,具有合理可行性。 经过对本设计的功能进行仔细分析,在论文开始得出了系统的总体设计方案,接着从硬件、软件两部分对系统的设计方案进行了详细描述,最后又通过系统的调试和分析验证了系统功能特性。关键词:C8051F340,频谱分析,LabVIEW
6、,PC机,USBABSTRACT Traditional oscilloscope function completely dependent on hardware implementation with single function and the high cost of maintenance, it is more important function cannot change once established. Using the LabVIEW virtual instrument is made of the virtual technology, computer tec
7、hnology, bus technology, and software technology closely together. It use computer powerful digital processing ability realize the instrument most of the functions, breaking the traditional instruments of the framework, formed a new instrument mode. To this end, this paper presents a low frequency a
8、nalog signal display analyzer design. Low frequency analog signal analyzer design is mainly divided into two parts of the upper machine and lower machine. Lower machine mainly used C8051F340 MCU of signal sampling and signal will be sent to PC through USB interface. Upper machine mainly by the PC to
9、 the GUI interface for waveform display store spectrum analysis. On the software, I/O port, timer, ADC, initialized clock, and then to generate the waveform sampling and via USB to a PC Then the waveform sampling and via USB to a PC. In the PC using the LabVIEW virtual instrument design an oscillosc
10、ope waveform display and frequency analysis. On the hardware, we will produce the first on the analog signal sent to the A/D converter, so that it is converted to digital signals . PC to the GUI interface displayed waveform and frequency spectrum analysis. After debugging, finally validate this desi
11、gn realized the function of the above mentioned, innovative and use value.According to the analyze of the application, it comes into being the design scheme of the system in the beginning, then gives the detail description from hardware and software both sides, finally gets the verification of the s
12、ystem function through the system debugging and analyze.KEY WORDS:C8051F340,LabVIEW, spectral, analysis, personal computer, USB 目 录前 言1第1章 系统原理与方案31.1 基本原理31.1.1 采样的基本原理31.1.2 API实现USB通信原理41.1.3 LabVIEW软件设计基本原理51.2 系统方案设计61.2.1 系统功能61.2.2 系统方案71.2.2.1系统结构框架71.2.2.2 器件选择71.2.2.3 软件环境111.2.2.4 测试方案111
13、.3 论文章节安排12第2章 硬件设计132.1 硬件功能描述132.2 硬件总体设计132.3 硬件详细设计142.3.1 单片机最小系统142.3.1.1供电电路152.3.1.2复位电路162.3.1.3 JTAG电路172.3.2 USB通信与供电电路172.3.2.1 USB通信电路172.3.2.2电源电路182.4 系统硬件原理图设计182.5 系统整体PCB图设计19第3章 软件设计203.1软件功能概述203.1.1下位机203.1.2 上位机203.2 软件总体设计203.3软件详细设计223.3.1下位机程序设计223.3.1.1 初始化233.3.1.2数据采集并通过U
14、SB发送243.3.2 上位机程序设计253.3.2.1前面板.253.3.2.2后面板.263.4 程序代码31第4章 系统调试324.1调试目的324.1.1验证USB通信324.1.2验证被测信号功能324.1.3验证LabVIEW界面功能324.1.4整体调试324.2调试方案334.2.1验证USB通信成功334.2.2硬件方面检测334.2.3检测被测信号344.2.4整体调试344.3 调试结果344.4 调试过程中遇到的问题及解决方案454.5结论与分析46第5章 结论与展望475.1结论475.2展望47参考文献49致 谢51附录 原理图52附录 单片机系统原53附录主程序5
15、4附录实物图59前 言 自从1986年美国NI(National Instrument)公司提出虚拟仪器的概念以来,随着计算机技术和测量技术的发展,虚拟仪器技术也得到很快的发展。虚拟仪器是指:利用现有的PC机,加上特殊设计的仪器硬件和专用软件,形成既有普通仪器的基本功能,又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。与传统的仪器相比其特点主要有:具有更好的测量精度和可重复性;测量速度快;系统组建时间短;由用户定义仪器功能。虚拟仪器以软件为核心,其软件又以美国NI公司的LabVIEW虚拟仪器软件开发平台最为常用。LabVIEW是一种图形化的编程语言,主要用来开发数据采集,仪器控制及数据处理分析等软件,
16、功能强大。目前,该开发软件在国际测试、测控行业比较流行,在国内的测控领域也得到广泛应用。信号波形显示分析器是在科学研究和工程设计中广泛应用的一种通用仪器。LabVIEW作为一个图形化编程软件,是开发测试系统的一种功能强大、方便快捷的编程工具。其良好的相通性、开放性、专用性,使测试系统的开发周期短、成本低、质量高。基于LabVIEW的虚拟信号波形显示分析器具有机交互性好、易于操作等特点,能够广泛的应用与于科研、生产等领域1。传统文本编程语言根据指令的先后顺序决定程序执行顺序,但LabVIEW 则采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定了VI 及函数的执行顺序。LabVIEW 提供很多
17、外观与传统仪器(如示波器、万用表)类似的控件,可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW 中被称为前面板。使用图标和连线,可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码,又称G 代码。LabVIEW 的图形化源代码在某种程度上类似于流程图,因此又被称作程序框图。LabVIEW尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念。因此,LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力,提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时,可以大大提高工作效率。利用LabVIEW,可产生独立运行的可执
18、行文件。针对以上现状,本设计提出以下方案:总体设计主要分为上位机和下位机两部分,下位机主要是利用C8051F340单片机对信号采样并将得到的信号通过USB接口发送给PC机,上位机主要是由PC机端的GUI界面进行波形显示、频谱分析,而且PC机端的GUI界面主要利用LabVIEW来实现。论文共分为五章。第一章提出设计中的一些基本原理和相关硬件、软件的基本介绍。第二章是系统硬件设计的介绍,包括硬件的功能描述和硬件的总体设计及详细设计。第三章是系统软件的设计,针对对系统软件的功能、总体设计和各个部分的具体设计实现作详细的介绍。第四章系统的调试和分析部分,这章主要对调试的过程作了详尽的描述,并对调试过程
19、中产生的问题进行了分析。第五章是系统设计的结论与展望,本章对结论作了详细的说明,展望是对于本次设计中的问题提出了一些个人见解。第1章 系统原理与方案本章主要介绍了数据采样原理,USB通信原理,及模拟示波器设计原理。然后细化到每个模块的方案如何选择,最后根据设计的方案进行了整个论文的章节安排。1.1 基本原理 1.1.1 采样的基本原理采样定理,又称香农采样定理,奈奎斯特采样定理,是信息论,特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论。E. T. Whittaker(1915年发表的统计理论),克劳德香农 与Harry Nyquist都对它作出了重要贡献。另外,V. A. Kotelnikov
20、也对这个定理做了重要贡献。在进行模拟/数字信号的转换过程中,如果采样频率大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max=2fmax),采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍,采样定理又称奈奎斯特定理。1924年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信道的最高码元传输速率的公式:理想低通信道的最高码元传输速率B=2W Baud (其中W是理想) 图1-1模拟采样示意图采样定理:理想信道的极限信息速率(信道容量)C = B * log2 N ( bps )采样过程所应遵循的规律,又称取样定理、抽样定理。采样定理说明采样频率与信号频
21、谱之间的关系,是连续信号离散化的基本依据。采样定理是1928年由美国电信工程师H.奈奎斯特首先提出来的,因此称为奈奎斯特采样定理。1933年由苏联工程师科捷利尼科夫首次用公式严格地表述这一定理,因此在苏联文献中称为科捷利尼科夫采样定理。1948年信息论的创始人C.E.香农对这一定理加以明确地说明并正式作为定理引用,因此在许多文献中又称为香农采样定理。采样定理有许多表述形式,但最基本的表述方式是时域采样定理和频域采样定理。采样定理在数字式遥测系统、时分制遥测系统、信息处理、数字通信和采样控制理论等领域得到广泛的应用3。1.1.2 API实现USB通信原理USB无疑已经成为21世纪嵌入式系统的标准
22、外部串行接口;然而开发USB外设,需要面对微处理器和USB控制器的选择,熟悉Windows驱动程序,开发微处理器固件程序和PC机端应用程序等诸多问题,开发工作既专业又麻烦。签于此,应用包含片上USB 控制器的C8O51F340单片机和进行PC机端GUI用户应用程序开发的LabVIEW软件为基础的一种基于API实现USB通信的开发方法,从而了解和熟悉USB外设的API开发方法。C8O5IF340是Silicon Laboratories公司最新推出的可提供USB功能的混合信号微控制器。它包含高速流水线的8051兼容微控制器核,运行速率可以高达48 MIPS;64 KB的芯片内建闪存与5 376字
23、节的RAM,片上外设引脚可以软件配置,70 的指令可以在1个或2个机器周期中执行;USB功能控制器具有完整的USB 20认证,支持全速与低速操作,可以用于大多数USB外设设计。另外,Silicon Laboratories公司还为USB驱动程序开发提供了USBXpress开发套件,使得USB主机和从机驱动程序开发可以快捷、高效地完成。LabVIEW是一个具有革命性的图形化开发环境。它内置信号采集、测量分析与数据显示功能,摒弃了传统开发工具的复杂性,为用户提供强大功能的同时还保证了系统的灵活性。LabVIEW将广泛的数据采集、分析与显示功能集中在了同一个环境中,让开发人员可以在自己的平台上无缝地
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2019 低频 模拟 信号 波形 显示 分析器 设计 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-2409718.html