嵌入式虚拟示波器设计与研究

论文摘要

随着计算机技术的高速发展,计算机虚拟技术在电子测量仪器上的应用越来越重要。传统示波器的灵敏度低、可扩展性差,不适合测量技术发展需求。虚拟仪器技术的产生和发展解决了这些问题,显现了巨大的市场价值和广阔的应用前景。论文首先论述了嵌入式虚拟示波器的设计与实现,包括原理介绍和软、硬件的设计,在硬件设计中,以MSP430F247单片机为核心,充分利用单片机本身集成ADC12模数转换模块,串口传输模块,中断功能,计时器功能,实现了小成本。在软件设计中,实时操作系统μC/OS-II在单片机上移植成功,基于实时操作系统的多任务开发方式,提高了系统的可靠性,开发效率、缩短开发周期;设计了适用于单片机中断堆栈结构,保持单片机低功耗,实时性,减少RTOS在运行中占用的RAM空间;在串口数据传输和显示模块中,传输的数据包括键盘指令数据和采样数据,区分键盘指令数据和采样数据;在波形实时数据采集中采用滑动窗口技术,发送方和接收方都拥有一个连续的允许发送和允许接收的帧序号,接收和发送的帧序号相匹配,发送成功。在整个软件设计中采用模块化的编程方法,详细阐述了编程思路和实现方式,给出了设计流程图和关键的子函数,并给出了源程序。最后在VC++环境中对虚拟示波器进行了测试并结果进行了分析。通过单片机对输入电压信号进行采集,使用虚拟示波器软面板的功能,显示了输入信号的波形。整个设计具有省电、准确度高、性价比高、结构简单,易于实现等特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 技术现状
• 1.2.1 虚拟仪器和示波器现状
• 1.2.2 嵌入式技术现状
• 1.3 论文的研究内容
• 1.4 论文的组织
• 2 系统总体设计方案
• 2.1 系统的总体结构
• 2.1.1 系统主机
• 2.1.2 虚拟示波器数据采集设计
• 2.2 系统关键技术及应用选择
• 2.2.1 MSP430 微处理器内核
• 2.2.2 嵌入式操作系统μC/OS-II
• 2.2.3 串口通信接口技术
• 2.3 开发环境介绍
• 2.3.1 主机开发环境
• 2.3.2 虚拟示波器开发环境
• 2.4 本章小结
• 3 虚拟示波器硬件设计部分
• 3.1 MSP430F247 单片机
• 3.2 外接DAC 模块
• 3.3 矩阵键盘和键盘控制模块
• 3.4 RS-232C 接口
• 3.5 电压控制模块
• 3.6 本章小结
• 4 嵌入式虚拟示波器软件设计
• 4.1 嵌入式虚拟示波器总体设计
• 4.2 嵌入式虚拟示波器软件设计
• 4.2.1 μC/OS-II 操作系统在MSP430 上的移植
• 4.2.2 单片机外围模块软件设计
• 4.2.3 矩阵键盘软件设计
• 4.3 主机软件设计
• 4.3.1 串口接收数据模块
• 4.3.2 数据处理模块
• 4.3.3 波形显示模块
• 4.3.4 软件界面设计效果
• 4.4 本章小结
• 5 软硬件调试及系统调试
• 5.1 硬件调试
• 5.1.1 硬件故障检查
• 5.1.2 硬件调试方法
• 5.2 软件调试
• 5.2.1 常见错误类型
• 5.2.2 软件调试方法
• 5.3 系统测试
• 5.3.1 数据测试
• 5.3.2 RTOS 系统移植测试
• 5.4 系统综合评估
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录