基于STM32的教学示波器的设计与实现

发布时间：2017-10-18 23:06

  本文关键词：基于STM32的教学示波器的设计与实现

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【摘要】：示波器作为一种常用的电子测量仪器,在各行各业都有举足轻重的作用,因此推广使用示波器具有非常重要的意义。在教育界尤其是中小学,很多学校因经费不足,示波器使用的实验只能老师在课堂上讲,学生操作的机会不多,不能满足教学的需求。因此开发一款低成本、具有练习与考试功能的教学示波器显得尤为重要。本研究设计了一款具有练习与考试功能的教学示波器。设计前期研究了教学示波器系统的开发流程,并确定了本文的设计思路：首先进行教学示波器的设计需求分析,然后进行总体方案设计,再详细进行系统的具体功能和性能指标设计,在此基础上,进行硬件模块和软件模块的设计调试,最后完成了本文的教学示波器。其创新点是利用计算机的显示器来显示波形,面板可以像普通示波器一样操作,同时具有练习、考试和评分功能。本研究采用的技术路线是以STM32F103ZET作为主控芯片,Altium Designer Summer软件作为电路图设计工具,Keil uVision4作为下位机程序开发工具,C++ Builder作为软件开发工具来实现教学示波器软件界面设计。完成的主要工作为：硬件模块的设计和调试,软件模块的设计和调试,并最终集成为教学示波器系统。本设计完成的硬件模块主要包括STM32主控芯片电路、信号发生器面板、教学示波器面板；完成的软件模块包括教学示波器界面、出题界面和评分界面。本文的主要研究内容从以下几个部分具体展开：1.研究了示波器的发展历程、示波器的分类和国内外现状,介绍本设计的选题依据和研究意义；2.分析了传统示波器和虚拟示波器的原理和特点,分析了本设计采用虚拟示波器的优势并对设计进行应用分析；3.研究了教学示波器的整体设计流程,分析了具体的性能指标,提出了三种实现方案并确定最终采用的设计方案,确定了要使用的元器件；4.本研究在教学示波器的硬件模块设计时,采用Altium Designer Summer软件完成了主控PCB板的设计,并进行焊接和测试,给出了设计步骤和注意事项。采用Keil uVision4软件编写下位机程序,下位机程序主要实现矩阵键盘数据输入的功能,实现旋钮调节数据的功能。硬件模块最终实现的功能有：STM32系统与计算机软件界面的通信；信号发生器面板实现波形频率的设置,波形类型的选择；教学示波器面板实现聚焦调节、水平位移调节、垂直位移调节、信号衰减调节、扫描范围调节等。5.本研究在进行教学示波器的软件模块设计时,分析了C++ Builder软件的特点和使用的控件,采用C++ Builder软件,进行了教学示波器波形显示界面、出题界面和评分界面设计,实现的功能包括：波形显示功能,教学示波器界面包含调节旋钮和波形显示窗,软件旋钮和硬件面板旋钮位置相对应,波形显示窗显示波形；出题功能,出题界面的题库内包含十道题,每题十分,按题目要求在硬件面板调节波形,点击提交可以解答下一题；评分功能,评分界面可以对完成的答题进行评判,并给出最终得分。教学示波器系统的操作步骤是首先打开软件的串口开关,在信号发生器硬件面板上设置信号的频率和选择波形类型；然后通过操作教学示波器硬件面板,调节软件界面波形的变化。学生可以通过动手实践来熟悉、掌握示波器的使用方法,老师也可以通过出题系统和评分系统了解学生的具体掌握情况。
【关键词】：教学示波器 STM32F103ZET C++Builder 波形调节 出题界面 评分界面
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM935.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 选题背景和意义9-10
• 1.1.1 选题依据9
• 1.1.2 研究目的和意义9
• 1.1.3 示波器的发展历程9-10
• 1.2 国内外发展现状10-11
• 1.2.1 国外发展现状10
• 1.2.2 国内发展现状10-11
• 1.3 本文的主要研究内容11-12
• 1.4 本文的组织结构12
• 1.5 本章小结12-13
• 第二章 示波器概述13-16
• 2.1 传统示波器13-14
• 2.1.1 模拟示波器13
• 2.1.2 数字示波器13-14
• 2.2 虚拟示波器14-15
• 2.2.1 基本概念14
• 2.2.2 虚拟示波器的特点14-15
• 2.2.3 虚拟示波器与传统示波器的比较15
• 2.3 本章小结15-16
• 第三章 整体设计方案16-20
• 3.1 整体设计流程图16
• 3.2 系统的性能指标16-17
• 3.3 具体实现方案17-19
• 3.3.1 可供选择的系统方案17-18
• 3.3.2 实现方案的介绍18-19
• 3.3.3 元件的选择19
• 3.4 本章小结19-20
• 第四章 硬件模块的设计与实现20-34
• 4.1 系统整体框图20
• 4.2 硬件模块的设计流程20
• 4.3 电路原理图的设计20-22
• 4.4 PCB板的布局设计22
• 4.5 PCB的布线设计22-23
• 4.5.1 布线规则22-23
• 4.5.2 连接地线的方法23
• 4.6 检查并制板23-24
• 4.7 下位机程序的调试24-31
• 4.7.1 ADC设置24-30
• 4.7.2 Keil μVision软件和程序说明30-31
• 4.8 本章小结31-34
• 第五章 软件模块的设计与实现34-49
• 5.1 软件设计工具C++ Builder简介34-35
• 5.2 主要控件设计35-38
• 5.2.1 TChart控件35
• 5.2.2 文本框控件35
• 5.2.3 串口控件35-36
• 5.2.4 Button控件36-37
• 5.2.5 旋钮控件37
• 5.2.6 MainMenu控件37
• 5.2.7 ImageList控件37-38
• 5.3 波形调节功能的设计和实现38-44
• 5.3.1 输入频率模块设计38-39
• 5.3.2 波形选择模块设计39-40
• 5.3.3 波形聚焦模块设计40-41
• 5.3.4 波形垂直位移模块设计41-42
• 5.3.5 波形水平位移模块设计42-43
• 5.3.6 信号衰减模块设计43-44
• 5.3.7 扫描范围模块设计44
• 5.4 练习与考试功能设计44-47
• 5.4.1 练习功能介绍44-45
• 5.4.2 考试功能介绍45-47
• 5.5 评分功能设计47-49
• 第六章 总结与展望49-51
• 6.1 总结49
• 6.2 展望49-51
• 参考文献51-54
• 攻读硕士学位期间公开发表学术论文情况54-55
• 致谢55-56

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 谭田天;张东胜;胡敬芬;王成硕;;基于LabVIEW的DAP单元安全生产仿真系统[J];电子设计工程;2014年13期

2 傅智河;刘世羲;连少霖;洛亚丽;;实验室无线数据采集系统的设计[J];电子技术;2014年09期

3 邝雄;;三点波源干涉三维图像仿真设计[J];海南师范大学学报(自然科学版);2014年01期

4 唐黎明;;液压与气动技术立体化教学资源的研究与实践[J];课程教育研究;2014年22期

5 尹晓琦;;虚拟实验室在电子信息类课程教学中的应用——以通信原理课程为例[J];黑龙江教育(高教研究与评估);2014年10期

6 左明武;卢孔汉;朱郭豪;曹欢玲;;基于LabVIEW的虚拟温度测控系统设计[J];机电工程技术;2015年02期

7 严小锐;;一种基于PXI总线的便携式电学多参数校准装置研究[J];计测技术;2015年S1期

8 潘红;李冶;郭睿楠;王义涛;陆浩;;基于LabVIEW和FPGA的多功能虚拟频谱分析仪设计[J];实验室研究与探索;2014年12期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 许凤慧;孙梯全;卢娟;孙文斌;;基于网络的学导式电类实验教学模式[A];中国电子教育学会高教分会2013年学术年会论文集[C];2013年

2 张洪波;李高升;;EMI自动测试系统的设计与实现[A];2015年全国微波毫米波会议论文集[C];2015年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 于雷;盐雾沉降率高精度测量技术研究[D];长春理工大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 汤震;基于Ⅵ的载流子迁移率测试系统的研制[D];汕头大学;2011年

2 张晶;高压水射流靶物分类识别三维显示技术及射流分流器的研究[D];安徽理工大学;2013年

3 欧建鑫;基于虚拟仪器技术的枪瞄冲击检测装置研究与设计[D];南京理工大学;2013年

4 潘帅;流化冰制取设备数据采集系统与设备创新研究[D];浙江海洋学院;2014年

5 曹健宁;基于四象限探测器的太阳光实时跟踪技术研究[D];长春理工大学;2013年

6 卢校山;杭州湾含气沉积物物理模型及声学测试技术研究[D];浙江理工大学;2014年

7 粱召华;基于LabVIEW的现场动平衡技术研究[D];青岛大学;2014年

8 郭伟海;基于LabVIEW的硬支承动平衡机测量系统的研制[D];上海师范大学;2014年

9 秦岭;数据共享在监控系统中的研究与应用[D];东北大学;2011年

10 刘建伟;基于LabVIEW的多功能温度测量虚拟仪器的研究[D];东北大学;2011年

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本文编号：1057647