低功耗波形采集回放系统设计

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1、低功耗波形采集回放系统设计　　摘要：本设计中采用低功耗处理器STM32，可以有效的提高数据的处理和传送存储速度，提高系统的稳定性，并且可以降低系统的功耗。系统中还采用了双通道输入，一个通道用来采集已知频率和幅值的波形，另一通道则是采集变化的波形，在实际应用中可酌情裁剪，这样解决了固定波形采集通道相对简单，而可变波形相对复杂的矛盾，使得整个系统整洁稳定。关键词：低功耗处理器STM32双通道输入中图分类号：TP274+.2文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）12-0165-021引言波形采集回放

2、系统是目前电子电路与外界环境交互的一个重要的渠道。在我国对波形的记录基本实现了电子化，一般是采用多个时钟源和多片A/D、D/A芯片，将采集后的信号存入RAM并直接回放的系统。这种系统存在着造价高、速度低、结构复杂等问题。现在微型化、低功耗的电子产品层出不穷，因此本文设计一种微型低功耗并可节约电能的波形采集与回放系统。2系统结构框图及原理4本设计中采用意法半导体推出的32位低功耗处理器STM32，STM32处理器集成1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI，并且具有18MHz的I/O翻

3、转速度，在72MHz时消耗36mA（所有外设处于工作状态），待机时下降到2μA。可以有效的提高数据的处理和传送存储速度，提高系统的稳定性，并且可以降低系统的功耗。STM32处理器非常适合低功耗的微型波形采集存储与回放系统。本系统还采用了双通道输入，一个通道用来采集已知频率和幅值的波形，另一通道则是采集变化的波形。采集到的信号为模拟信号，通过信号调理模块（阻抗变换、固定衰减/放大、触发电路）将模拟信号的幅值大小调理到高速AD的输入范围0——3.3V。每个通道都有一套独立的AD和存储器，双踪显示时，只需轮流选择不

4、同通道的波形数据，就可以实现两路波形的同时显示[1]。同时，两路信号经比较器得到方波，送处理器STM32进行测频。处理器测得输入信号频率后控制内部AD以输入信号频率的80倍速率采样。在STM32内部增加波形存储控制模块，当满足触发条件时ARM对AD转换得到的数据进行存储。3技术方案3.1输入部分4本系统的输入分为两种方式的输入，一种是已知的输入信号，另一种是输入信号的变化波形，其中A信号输入通道采集的是已知信号，再经过整形电路进行相应的滤波，滤波之后的信号通过分压得到处理器ADC可以采集的幅值范围。B信号输入

5、通道采集的是变化的波形。波形采集系统由程控放大电路和触发电路组成（电路图3），可以应对各种复杂的波形。波形采集后的储存则是扩展了一片spi的flash芯片，可以长久的保存需要的波形[2]。如图2所示，A通道的输入由输入端的分压电阻分得ADC检测范围内的电压，然后过50hz的限波器，排除市电的干扰，然后进入单片机的ADC进行检测。如图3所示，B通道的输入经过程控电路后便可以测量波形的频率和幅值，得到这两个信息后便可以控制程控电路获得最理想的测量波形，然后就可以进入ADC进行测量。3.2存储部分采集来的波形先存入

6、单片机的SRAM，本系统选用自带20kSRAM的芯片，有足够的空间缓冲存储采集来的波形，在波形存储的方式上采用fifo存储器和FAT文件结构的思想，将SRAM内的数据分组，及时按组写入外置的flash存储器，解决了波形实时存储的问题，有效的利用了单片机的资源[3]。3.3回放部分4回放部分则是采用了一片12位双通道的电压型DA芯片DAC7724，如图4所示，可选通道为4个，1M的速度足够还原采集的波形。这样就可以同时回放波形A和波形B。为了加强回放波形的驱动能力以及其稳定性，在回放波形的整形电路上则分别加了一

7、级电压跟随器，如图5所示。4结语相对于cpld和fpga的波形采集回放系统的设计思想，该设计可以节省很多资源，内部ADC完全可以应对100KHz正弦波、方波和三角波的采集，利用双ADC差时采样可以做到200KHz，如果波形精度相对较低的话，可以超频使用采集1MHz的正弦波，而且采用了32低功耗处理器STM32，从而达到了节约电能的目的。参考文献[1]周德新，王鹏，范守正，朱鸿林.基于FPGA的数字存储示波器[J].中国民航学院学报，2004，（02）.[2]张玘，王艳玲，扈啸.基于单片机的等效采样示波器设计[

8、J].电子技术应用，2003，（05）.[3]邓玉芬，向凤红，张雪飞，郑思铭.一种虚拟数字示波器的实现方案研究[J].现代电子技术，2006，（18）.4