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基本信息

项目名称:
基于STM32的掌上型数字存储示波器的研制
小类:
信息技术
简介:
本系统介绍一种数字存储示波器设计方案。该示波器采用STM32处理器,实现了采样、处理、存储等功能;外部电源和内置电池可以自动切换供电;更可通过MicroSD卡对波形进行存储和再现。而且其大小仅为与成人手掌大小一般,充分满足了现场测试的要求,同时降低了成本。
详细介绍:
本设计通过对示波器的发展现状及其行业应用范围进行了实际调研,分析了市场上示波器的常用专业功能,并结合示波器的不同运用场合,提出了通用示波器低功耗设计的思想,实现了一种小巧实用的便携式示波器,该示波器可在电源管理模块与内置电池之间自动切换供电,且可通过Micro SD卡存放和读取屏幕波形文件,使之成为现场工程师手中方便实用的功能性测试工具。 本课题的项目研究的价值为:1)改变了传统示波器的设计思路,实现了通用示波器的袖珍型、便携式和低功耗的设计,局部创新了示波器的一种电子电路技术设计方法;2)运用现代的集成电路构成仪器的各个主要组成部分,针对通用示波器的信号测量特征,灵巧设计信号变换和调理电路,配合电路补偿和安全处理技术,在保证性能指标的基础上,研制出低成本、体积小和重量轻的数字存储示波器;3)在电源管理模块及数据存取方面有着新意的创新,可通过Micro SD卡存放并读取屏幕波形文件。 整个课题以嵌入式技术为研究导向,以STM32为控制核心,以遵循科学性为研究原则,结合大量的相关文献资料,在此基础上提出问题、分析问题并解决问题,符合科学研究的规范。

作品图片

  • 基于STM32的掌上型数字存储示波器的研制
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

设计目的:本设计通过对示波器的发展现状及其行业应用范围进行了实际调研,分析了市场上示波器的常用专业功能,并结合示波器的不同运用场合,提出了通用示波器低功耗设计的思想,实现了一种小巧实用的掌上型示波器,该示波器可在电源管理模块与内置电池之间自动切换供电,且可通过Micro SD卡存放和读取屏幕波形文件,使之成为现场工程师手中方便实用的功能性测试工具。 设计思路:1)搜集相关研究的文献资料,了解国内外研究现状,制定设计方案;2)以嵌入式技术为研究导向,对软件程序进行深入的分析和调试;3)以STM32为控制核心,深入掌握各类器件的特性参数;4)综合调试软硬件部分,实现设计要求。 创新点:1)袖珍型、便携式、低功耗示波器;2)通过Micro SD卡存放并读取屏幕波形文件。 技术指标:模拟频带宽度:0-1MHz;水平时基范围:从10uS/Div-10S/Div,19档;垂直灵敏度:20mV/Div-100V/Div,12档;具有自动、常规、单次、随机、浏览5种同步触发扫描方式;可自动计算测量输入信号的频率、周期、占空比、交流峰-峰值、交流有效值、交流平均值和直流平均值等7种参量;内置可充电电池,带USB接口,可存放和读取屏幕波形文件。

科学性、先进性

科学性:本课题研究通过反复的硬件设计和软件调试,并结合大量的相关文献资料,在此基础上提出问题、分析问题并解决问题,符合科学研究的规范。 先进性:本款示波器采用内部电池供电和外部USB 供电两种方式工作,不同于普通示波器,充电电池采用的是锂电池,具有能量密度高、体积小的特性、无记忆效应等优点。充电管理模块采用LTC4054芯片,该芯片是可编程的独立的线性的锂电池充电器,可通过USB接口进行充电,从而实现对锂电池进行充电,满足了户外现场测试的需要。 技术特点与进步:1)改变了传统示波器的设计思路,实现了通用示波器的袖珍型、便携式和低功耗的设计,局部创新了示波器的一种电子电路技术设计方法;2)运用现代的集成电路构成仪器的各个主要组成部分,针对通用示波器的信号测量特征,灵巧设计信号变换和调理电路,配合电路补偿和安全处理技术,在保证性能指标的基础上,研制出低成本、体积小和重量轻的数字存储示波器;3)在电源管理模块及数据存取方面具有较有新意的创新。

获奖情况及鉴定结果

1、第十二届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品内选拔赛获得入选资格; 2、作品获国家实用新型专利授权,专利授权号:201020285881.3; 3、作品软件部分申报国家软件著作权,登记号:2010SR069243,权利取得为原始取得,权利范围为全部权利; 4、作品相关论文于2011年4月在本校学报第4期(自然科学版)上正式发表。

作品所处阶段

实物完成阶段

技术转让方式

委托专利经纪人代为处理

作品可展示的形式

实物、现场演示、图片

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

现场工程师需要借助具有各种功能的、方便实用、小巧随手的测试工具,来验证和解决越来越多的高复杂性问题。另外虽然国外已经有了一些体积较小的高端手持仪器,但价格高昂,不利于推广。针对以上的市场特点,本掌上型数字存储示波器采用单片32位处理器,实现了采样、处理、存储等功能,降低了成本,减少了发热量;外部电源和内置电池可以自动切换供电,功耗低,体积小,适用于各种现场检修和学校教学实习;更可通过MicroSD卡对波形进行存储和再现。同时用户可自行可通过USB更新示波器程序。而且其大小仅为与成人手掌大小一般,充分满足了现场测试的要求。

同类课题研究水平概述

示波器,是一种用于各种不同任务的基本工具。作为一种通用测试测量仪器,示波器在通信、工业自动化、教育、计算机、国防、航空航天等领域中的地位不可撼动。随着信息、通信技术的持续创新与发展,各类行业标准的不断引入,通信设备、计算机及消费电子等各类终端产品在研发、设计与生产等方面的技术和环境要求也越来越高,从而对示波器的应用也相应提出更高的要求。主要体现在产品自身性能等几个方面: 性能:用户越来越注重追求更高的采样频率、带宽、点密度显示能力和存储能力。 可用性:越来越复杂的测量环境促使用户对示波器的智能化提出更高的要求。 应用针对性:在保持通用测试测量仪器特性的同时,示波器越来越多地被赋予新的针对性应用功能,其领域包括产品研发、模拟和数字电路设计、通信、汽车电子等。 回顾示波器的发展历史,我们也不难发现示波器的稳步增长离不开技术的支持,以及市场需求的加大。从最初的模拟示波器开始,示波器就在随着市场的需求不断的进行改良与多元化的尝试,现如今,示波器市场可谓百花齐放,从大类上来分就有模拟示波器、数字示波器、数字荧光示波器、基于PC的数字示波器、手持数字示波器等五类主流产品。目前平台化、集成化成为示波器发展的重要趋势。 目前市场上存在的示波器,一般把目标定位在产品的高性能和强大功能的竞争优势上,造成市场上的模拟及数字示波器一般价格高昂、体积较大且很多专业功能并不实用。更便宜、更快、更方便使用的示波器成为当今市场销售的主流,现场工程师需要借助具有各种功能的、方便实用、小巧随手的测试工具,来验证和解决越来越多的高复杂性问题。众所周知,示波器是在现场进行测试的重要工具,没有哪个工程师愿意抬着一台示波器和一堆电源到现场,于是,可以观察复杂动态波形的掌上型数字存储示波器就应运而生;另外,虽然国外已经有了一些体积较小的高端手持仪器,但价格高昂,不利于推广。 针对以上的市场特点,本掌上型数字存储示波器采用单片32位处理器,实现了采样、处理、存储等功能,降低了成本,减少了发热量;外部电源和内置电池可以自动切换供电,功耗低,体积小,适用于各种现场检修和学校教学实习;更可通过MicroSD卡对波形进行存储和再现。同时用户可自行可通过USB更新示波器程序。而且其大小仅为与成人手掌大小一般,充分满足了现场测试的要求。
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