基本信息
- 項目名稱：
- 基于STM32的掌上型數(shù)字存儲示波器的研制
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本系統(tǒng)介紹一種數(shù)字存儲示波器設(shè)計方案。該示波器采用STM32處理器，實現(xiàn)了采樣、處理、存儲等功能；外部電源和內(nèi)置電池可以自動切換供電；更可通過MicroSD卡對波形進行存儲和再現(xiàn)。而且其大小僅為與成人手掌大小一般，充分滿足了現(xiàn)場測試的要求，同時降低了成本。
- 詳細介紹：
- 本設(shè)計通過對示波器的發(fā)展現(xiàn)狀及其行業(yè)應用范圍進行了實際調(diào)研，分析了市場上示波器的常用專業(yè)功能，并結(jié)合示波器的不同運用場合，提出了通用示波器低功耗設(shè)計的思想，實現(xiàn)了一種小巧實用的便攜式示波器，該示波器可在電源管理模塊與內(nèi)置電池之間自動切換供電，且可通過Micro SD卡存放和讀取屏幕波形文件，使之成為現(xiàn)場工程師手中方便實用的功能性測試工具。 本課題的項目研究的價值為：1）改變了傳統(tǒng)示波器的設(shè)計思路，實現(xiàn)了通用示波器的袖珍型、便攜式和低功耗的設(shè)計，局部創(chuàng)新了示波器的一種電子電路技術(shù)設(shè)計方法；2）運用現(xiàn)代的集成電路構(gòu)成儀器的各個主要組成部分，針對通用示波器的信號測量特征，靈巧設(shè)計信號變換和調(diào)理電路，配合電路補償和安全處理技術(shù)，在保證性能指標的基礎(chǔ)上，研制出低成本、體積小和重量輕的數(shù)字存儲示波器；3）在電源管理模塊及數(shù)據(jù)存取方面有著新意的創(chuàng)新，可通過Micro SD卡存放并讀取屏幕波形文件。 整個課題以嵌入式技術(shù)為研究導向，以STM32為控制核心，以遵循科學性為研究原則，結(jié)合大量的相關(guān)文獻資料，在此基礎(chǔ)上提出問題、分析問題并解決問題，符合科學研究的規(guī)范。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計目的：本設(shè)計通過對示波器的發(fā)展現(xiàn)狀及其行業(yè)應用范圍進行了實際調(diào)研，分析了市場上示波器的常用專業(yè)功能，并結(jié)合示波器的不同運用場合，提出了通用示波器低功耗設(shè)計的思想，實現(xiàn)了一種小巧實用的掌上型示波器，該示波器可在電源管理模塊與內(nèi)置電池之間自動切換供電，且可通過Micro SD卡存放和讀取屏幕波形文件，使之成為現(xiàn)場工程師手中方便實用的功能性測試工具。 設(shè)計思路：1）搜集相關(guān)研究的文獻資料，了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，制定設(shè)計方案；2）以嵌入式技術(shù)為研究導向，對軟件程序進行深入的分析和調(diào)試；3）以STM32為控制核心，深入掌握各類器件的特性參數(shù)；4）綜合調(diào)試軟硬件部分，實現(xiàn)設(shè)計要求。 創(chuàng)新點：1）袖珍型、便攜式、低功耗示波器；2）通過Micro SD卡存放并讀取屏幕波形文件。 技術(shù)指標：模擬頻帶寬度：0-1MHz；水平時基范圍：從10uS/Div-10S/Div，19檔；垂直靈敏度：20mV/Div-100V/Div，12檔；具有自動、常規(guī)、單次、隨機、瀏覽5種同步觸發(fā)掃描方式；可自動計算測量輸入信號的頻率、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種參量；內(nèi)置可充電電池，帶USB接口，可存放和讀取屏幕波形文件。
科學性、先進性
- 科學性：本課題研究通過反復的硬件設(shè)計和軟件調(diào)試，并結(jié)合大量的相關(guān)文獻資料，在此基礎(chǔ)上提出問題、分析問題并解決問題，符合科學研究的規(guī)范。 先進性：本款示波器采用內(nèi)部電池供電和外部USB 供電兩種方式工作，不同于普通示波器，充電電池采用的是鋰電池，具有能量密度高、體積小的特性、無記憶效應等優(yōu)點。充電管理模塊采用LTC4054芯片，該芯片是可編程的獨立的線性的鋰電池充電器，可通過USB接口進行充電，從而實現(xiàn)對鋰電池進行充電，滿足了戶外現(xiàn)場測試的需要。 技術(shù)特點與進步：1）改變了傳統(tǒng)示波器的設(shè)計思路，實現(xiàn)了通用示波器的袖珍型、便攜式和低功耗的設(shè)計，局部創(chuàng)新了示波器的一種電子電路技術(shù)設(shè)計方法；2）運用現(xiàn)代的集成電路構(gòu)成儀器的各個主要組成部分，針對通用示波器的信號測量特征，靈巧設(shè)計信號變換和調(diào)理電路，配合電路補償和安全處理技術(shù)，在保證性能指標的基礎(chǔ)上，研制出低成本、體積小和重量輕的數(shù)字存儲示波器；3）在電源管理模塊及數(shù)據(jù)存取方面具有較有新意的創(chuàng)新。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 1、第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽參賽作品內(nèi)選拔賽獲得入選資格； 2、作品獲國家實用新型專利授權(quán)，專利授權(quán)號：201020285881.3； 3、作品軟件部分申報國家軟件著作權(quán)，登記號：2010SR069243，權(quán)利取得為原始取得，權(quán)利范圍為全部權(quán)利； 4、作品相關(guān)論文于2011年4月在本校學報第4期（自然科學版）上正式發(fā)表。
作品所處階段
- 實物完成階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 委托專利經(jīng)紀人代為處理
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 現(xiàn)場工程師需要借助具有各種功能的、方便實用、小巧隨手的測試工具，來驗證和解決越來越多的高復雜性問題。另外雖然國外已經(jīng)有了一些體積較小的高端手持儀器，但價格高昂，不利于推廣。針對以上的市場特點，本掌上型數(shù)字存儲示波器采用單片32位處理器，實現(xiàn)了采樣、處理、存儲等功能，降低了成本，減少了發(fā)熱量；外部電源和內(nèi)置電池可以自動切換供電，功耗低，體積小，適用于各種現(xiàn)場檢修和學校教學實習；更可通過MicroSD卡對波形進行存儲和再現(xiàn)。同時用戶可自行可通過USB更新示波器程序。而且其大小僅為與成人手掌大小一般，充分滿足了現(xiàn)場測試的要求。
同類課題研究水平概述
- 示波器，是一種用于各種不同任務(wù)的基本工具。作為一種通用測試測量儀器，示波器在通信、工業(yè)自動化、教育、計算機、國防、航空航天等領(lǐng)域中的地位不可撼動。隨著信息、通信技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展，各類行業(yè)標準的不斷引入，通信設(shè)備、計算機及消費電子等各類終端產(chǎn)品在研發(fā)、設(shè)計與生產(chǎn)等方面的技術(shù)和環(huán)境要求也越來越高，從而對示波器的應用也相應提出更高的要求。主要體現(xiàn)在產(chǎn)品自身性能等幾個方面： 性能：用戶越來越注重追求更高的采樣頻率、帶寬、點密度顯示能力和存儲能力。 可用性：越來越復雜的測量環(huán)境促使用戶對示波器的智能化提出更高的要求。 應用針對性：在保持通用測試測量儀器特性的同時，示波器越來越多地被賦予新的針對性應用功能，其領(lǐng)域包括產(chǎn)品研發(fā)、模擬和數(shù)字電路設(shè)計、通信、汽車電子等。 回顧示波器的發(fā)展歷史，我們也不難發(fā)現(xiàn)示波器的穩(wěn)步增長離不開技術(shù)的支持，以及市場需求的加大。從最初的模擬示波器開始，示波器就在隨著市場的需求不斷的進行改良與多元化的嘗試，現(xiàn)如今，示波器市場可謂百花齊放，從大類上來分就有模擬示波器、數(shù)字示波器、數(shù)字熒光示波器、基于PC的數(shù)字示波器、手持數(shù)字示波器等五類主流產(chǎn)品。目前平臺化、集成化成為示波器發(fā)展的重要趨勢。 目前市場上存在的示波器，一般把目標定位在產(chǎn)品的高性能和強大功能的競爭優(yōu)勢上，造成市場上的模擬及數(shù)字示波器一般價格高昂、體積較大且很多專業(yè)功能并不實用。更便宜、更快、更方便使用的示波器成為當今市場銷售的主流，現(xiàn)場工程師需要借助具有各種功能的、方便實用、小巧隨手的測試工具，來驗證和解決越來越多的高復雜性問題。眾所周知，示波器是在現(xiàn)場進行測試的重要工具，沒有哪個工程師愿意抬著一臺示波器和一堆電源到現(xiàn)場，于是，可以觀察復雜動態(tài)波形的掌上型數(shù)字存儲示波器就應運而生；另外，雖然國外已經(jīng)有了一些體積較小的高端手持儀器，但價格高昂，不利于推廣。 針對以上的市場特點，本掌上型數(shù)字存儲示波器采用單片32位處理器，實現(xiàn)了采樣、處理、存儲等功能，降低了成本，減少了發(fā)熱量；外部電源和內(nèi)置電池可以自動切換供電，功耗低，體積小，適用于各種現(xiàn)場檢修和學校教學實習；更可通過MicroSD卡對波形進行存儲和再現(xiàn)。同時用戶可自行可通過USB更新示波器程序。而且其大小僅為與成人手掌大小一般，充分滿足了現(xiàn)場測試的要求。
