《基于usb的虚拟示波器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于usb的虚拟示波器设计（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太原理工大学 硕士学位论文 基于USB的虚拟示波器设计 姓名：廉永康 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：夏路易 20040501 查堕垄三盔堂亟主堑塑生堂焦迨塞 兰! ! ! ! ! ! 基于U S B 的虚拟示波器设计 摘要 虚拟仪器( 简称V I ) 是电子测量技术与计算机技术深层次结合、具有 良好发展前景的新一类电子仪器。本文是在虚拟仪器概念的基础上结合模 拟，数字示波器的优缺点，研究出的一种基于U S B 总线的虚拟示波器( V O ) ， 它既是一个虚拟的测试仪器，也是一个计算机的外设，它和计算机一起组 成一个功能强大的测试系统。 论文首先简要地介绍了虚拟仪器的
2、现状及发展前景，说明了本设计广 泛韵应用前景。接着对整个设计进行了系统的分析和规划，使各部分的功 能明确，还提出了主要的性能指标。接下来的章节对各部分的功能和实现 方法进行了详细的说明。主要有以下的几方面：第一部分是模拟信号处理 部分，这部分从仪器的安全性和测量的准确性角度出发，介绍了A D 电路 以及之前的模拟信号的处理。第二部分是数据采集卡的控制逻辑的介绍， 这部分是整个设计的重点和难点，这一部分主要是基于C P L D 来实现的。 主要功能是控制数据采集的流程，包括数据的采集到数据的保存，触发逻 辑的实现，以及与单片机的接口等几部分。第三部分主要介绍了数据采集 卡与计算机通讯的接口。在本
3、设计中采用了U S B 的接1 3 方式，在这部分中 先对U S B 进行了一个简单的介绍，然后介绍了具体的硬件电路和单片机的 程序设计。最后介绍了系统的抗干扰设计。 I 太原理工大学硕士研究生学位论文 在整个虚拟示波器的设计中，作者的任务是系统的规划和各个部分的 协调，并且独立设计了这个仪器的硬件电路，包括C P L D 编程和单片机的 编程部分，以及与计算机的通讯协议的制定。在文章的附录部分给出了仪 器的硬件外形和计算机的控制界面。 关键字：虚拟仪器，U S B 接口，示波器，可编程逻辑器件，A D 转换器 I I 查堕堡三盔堂堡主塑塞圭堂焦堡皇一 S T U D YO FV I R T
4、U A LO S C I L L O G R A P H B A S E Do N U S B A B S T R C T V i r t u a li n s t r u m e n t ( V I ) i San e we l e c t r o n i ci n s m m a e n tt h a ti Sc o m b i n e d w i me l e c t r o n i cm e a s m et e c h n o l o g ya n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y I th a sg o o d o u t l o o k T
5、h ea i m o f t h i s p a p e r i s t o d e s i g n a V i r t u a l O s c i l l o g r a p h ( V O ) b a 。s e d o nt h eU S BI n t e r f a c et e c h n o l o g y I ti sn o to n l yav i r t u a lt e s tI n s t r u m e n t ， b u t a l s oap e r i p h e r a lo f c o m p u t e r s T o g e t h e r 们t l lc
6、o m p u t e r s ，t h ei n s t r u m e n tc a n c o n s t r u c tap o w e r f u lt e s ts y s t e m B e g i no ft h ep a p e r , i n t r o d u c e dt h e V i r t u a li n s t r u m e n t Sa c t u a l i t ya n d o u t l o o k ，e x p l a i n e dt h ep a p e r Sa b r o a da p p l i a n c eo u t l o o k
7、A n ds y s t e ma n a l y s e d t h ed e s i g n sf f m c t i o nt h e nb r o u g h tf o r w a r dp r i m a r yp e r f o r m a n c et a r g e t s I n f o l l o ws e c t i o n s ，d e t a i l e de x p l a i n e de v e r yp a r t Sf u n c t i o na n dr e a l i z e dm e a n s T h i sc h a p t e rm a i n
8、 l yi n t r o d u c e st h ef o l l o w i n gp a r t s ，t h ef i r s ti sa b o u ta n a 3 0 9 s i g n a lp r o c e s s ，w h i c hs t a r t s 砸t I li n s t r u m e n ts e c u r i t ya n da c c u r a c yr e q u i r e m e n t s ， i n t r o d u c e s a n a l o gs i g n a p r o c e s sc i r c u i tb e f
9、o r eA Dc o n v e r t e r T h es e c o n d i n t r o d u c e sc o n t r o l l i n gl o g i co fd a t ac o l l e c t i o nc a r d ，w h i c hi st h ee m p h a s e sa n d d i f f i c u l t yo ft h ew h o l ed e s i g n T h er e a l i z a t i o no ff u n c t i o nm a i n l yb a s i so n I I I 太原理工大学硕士研究
10、生学位论文 C P L D T h e m a i n l yf u n c t i o ni st oc o n t r o lp r o c e s so f d a t ec o l l e c t i o n , i n c l u d i n g t h ec o l l e c t i o na n ds a v eo fd a t e ，t h er e a l i z a t i o no f t r i g g e rl o g i ca n di n t e r f a c e w i t hM C U T h et h i r d p a r ti n t r o d u
11、 c e st h ei n t e r f a c eb e t w e e n d a t ec o l l e c t i o nc a r d a n d c o m p u t e rc o m m u n i c a t i o n I n t h i sd e s i g n t h ew r i t e rU S e SU S Bi n t e r f a c e I n a d v a n c e ，s i m p l yi n t r o d u c eU S B F o l l o w i n g ，i n t r o d u c ec o n c r e t ec i
12、r c u i ta n d p r o g r a m m e rd e s i g no fM C U F i n a l l y , i n t r o d u c ea n t i d i s t u r bd e s i g no fs y s t e m I nt h ew h o l e d e s i g n ，t h ew r i t e rm a i n l yw o r k so ns y s t e ml a y o u ta n dh a r m o n i z e o fe a c h p a r t s B e s i d e ，t h e w r i t e r
13、 d e s i g n si n d e p e n d e n t l y c i r c u i to ft h i s i n s t r u m e n t ，i n c l u d i n gp r o g r a m m i n go fC P L Da n dM C U ，a n dd e s i g n i n go f c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l w i t h c o m p u t e r T h ea p p e n d i c e s l i s tf o r mo ft h e i n s t r u m e
14、 n ta n dc o n t r o l p a n e lo f c o m p u t e r K E Y W O R D S ：v i r t u a l i n s t r u m e n t ，d i g i t a ls a v eo s c i l l o g r a p h ，U S Bi n t e r f a c e 太原理工大学硕士研究生学位论文 一绪论 1 虚拟仪器的现状及发展展望 ( 1 ) 传统示波器介绍 示波器在现在的电子设计以及开发研究中已经成为不可缺少的工具 之一，也是最重要的工具之一，示波器大致可分为模拟示波器、数字示波 器，以及本文所介绍的虚拟示波器等
15、几大类。m 模拟示波器长期以来直是波形测量的主要工具，它能把抽象的各种 电信号比较直观地显示在屏幕上，以便对信号进行定性的分析。这种示波 器通常由垂直偏转系统( 主要包括垂直放大) 、水平偏转系统( 主要包括 扫描彝水平放大) 和显示电路组成。模拟示波器只能用来观察和分析重复 的周期信号，对于慢速信号、单次或偶尔出现的高频信号，是难以观察和 分析的。模拟带宽可以做到很高是其突出的优点所在。3 随着数字技术的飞速发展数字示波器中已经成为了现代示波器的主 流，数字存储示波器以其独有的优点在科学研究，电子设计和设备维修中 起着越来越重要的作用。数字存储的方法克服了模拟示波器所有缺点，并 且还带来了很
16、多附加的特色，下面列出部分特点嘲： 可以显示大量的预触发信息。 可通通过使用光标和不使用光标的方法进行全自动的测量。 可以长期贮存波形。 可以在打印机或绘图仪上制作硬拷贝以供编制文件之用。 太原理工大学硕士研究生学位论文 可以按通过不通过的原则进行判断。 波形信息可用数学进行处理。 ( 2 ) 虚拟仪器的现状与展望 虚拟仪器( 简称V I ) 是电子测量技术与计算机技术深层次结合的、具 有很好发展前景的新一类电子仪器。虚拟仪器要比传统的电子仪器更为通 用，在组建和改变仪器的功能和技术性能方面更为灵活、更为经济，更能 适应迅猛发展的当代科学技术对测量技术和测量精度的要求。所以，导致 了现在的虚拟仪器飞快发展。0 1 虚拟仪器突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，实际上，使用者 是在操作具有测试功能软件的电子计算机进行测量时，犹如操作一台虚设 的电子仪器，虚拟仪器因此而得名。“”1 虚拟仪器由硬件和软件两部分组成嘲。虚拟仪器的硬件主体是电子计 算机，通常是个人计
