基于STM32的教學示波器的設計與實現(xiàn).pdf

1、示波器作為一種常用的電子測量儀器，在各行各業(yè)都有舉足輕重的作用，因此推廣使用示波器具有非常重要的意義。在教育界尤其是中小學，很多學校因經(jīng)費不足，示波器使用的實驗只能老師在課堂上講，學生操作的機會不多，不能滿足教學的需求。因此開發(fā)一款低成本、具有練習與考試功能的教學示波器顯得尤為重要。
　　本研究設計了一款具有練習與考試功能的教學示波器。設計前期研究了教學示波器系統(tǒng)的開發(fā)流程，并確定了本文的設計思路:首先進行教學示波器的設計需求分析

2、，然后進行總體方案設計，再詳細進行系統(tǒng)的具體功能和性能指標設計，在此基礎上，進行硬件模塊和軟件模塊的設計調試，最后完成了本文的教學示波器。其創(chuàng)新點是利用計算機的顯示器來顯示波形，面板可以像普通示波器一樣操作，同時具有練習、考試和評分功能。
　　本研究采用的技術路線是以STM32F103ZET作為主控芯片，Altiurn Designer Summer軟件作為電路圖設計工具，Keil uVision4作為下位機程序開發(fā)工具，C++

3、Builder作為軟件開發(fā)工具來實現(xiàn)教學示波器軟件界面設計。完成的主要工作為:硬件模塊的設計和調試，軟件模塊的設計和調試，并最終集成為教學示波器系統(tǒng)。本設計完成的硬件模塊主要包括STM32主控芯片電路、信號發(fā)生器面板、教學示波器面板;完成的軟件模塊包括教學示波器界面、出題界面和評分界面。
　　本文的主要研究內(nèi)容從以下幾個部分具體展開:
　　1.研究了示波器的發(fā)展歷程、示波器的分類和國內(nèi)外現(xiàn)狀，介紹本設計的選題依據(jù)和研究意義;

4、
　　2.分析了傳統(tǒng)示波器和虛擬示波器的原理和特點，分析了本設計采用虛擬示波器的優(yōu)勢并對設計進行應用分析;
　　3.研究了教學示波器的整體設計流程，分析了具體的性能指標，提出了三種實現(xiàn)方案并確定最終采用的設計方案，確定了要使用的元器件;
　　4.本研究在教學示波器的硬件模塊設計時，采用Altium Designer Summer軟件完成了主控PCB板的設計，并進行焊接和測試，給出了設計步驟和注意事項。采用Keil uV

5、ision4軟件編寫下位機程序，下位機程序主要實現(xiàn)矩陣鍵盤數(shù)據(jù)輸入的功能，實現(xiàn)旋鈕調節(jié)數(shù)據(jù)的功能。硬件模塊最終實現(xiàn)的功能有:STM32系統(tǒng)與計算機軟件界面的通信;信號發(fā)生器面板實現(xiàn)波形頻率的設置，波形類型的選擇;教學示波器面板實現(xiàn)聚焦調節(jié)、水平位移調節(jié)、垂直位移調節(jié)、信號衰減調節(jié)、掃描范圍調節(jié)等。
　　5.本研究在進行教學示波器的軟件模塊設計時，分析了C++ Builder軟件的特點和使用的控件，采用C++ Builder軟件，進

6、行了教學示波器波形顯示界面、出題界面和評分界面設計，實現(xiàn)的功能包括:波形顯示功能，教學示波器界面包含調節(jié)旋鈕和波形顯示窗，軟件旋鈕和硬件面板旋鈕位置相對應，波形顯示窗顯示波形;出題功能，出題界面的題庫內(nèi)包含十道題，每題十分，按題目要求在硬件面板調節(jié)波形，點擊提交可以解答下一題;評分功能，評分界面可以對完成的答題進行評判，并給出最終得分。
　　教學示波器系統(tǒng)的操作步驟是首先打開軟件的串口開關，在信號發(fā)生器硬件面板上設置信號的頻率和選