CN108828323A - 一种简易数字信号时序分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简易数字信号时序分析装置，本发实现了电路移位时钟及八路数字信号，STM32F407VGT6单片机进行信号采集及存储，拨码开关预置八位触发字TW，在示波器上不重叠地自左向右显示对应的时序波形，触发时间位置可调、时间标志线可手动位移、LED灯显示标志线对应的状态字、回放两个移位循环周期时序波形的功能。

Description

一种简易数字信号时序分析装置

技术领域

本发明涉及时序分析领域，具体的说是一种简易数字信号时序分析装置。

背景技术

时序分析是以分析时间序列的发展过程、方向和趋势，预测将来时域可能达到的目标的方法，此方法运用概率统计中时间序列分析原理和技术，利用时序系统的数据相关性，建立相应的数学模型，描述系统的时序状态，以预测未来。

它的基本步骤是：(一)以有关的历史资料的数据为依据，区别不规则变动、循环变动、季节变动等不同时间的动势，特别是连续的长期动势，并整理出统计图；(二)从系统原则出发，综合分析时间序列，反映曾经发生过的所有因果联系及影响，分析各种作用力的综合作用；(三)运用数学模型求出时间序列以及将来时态的各项预测值，如移动平均法、季节系数法、指数平滑法，时序分析适用以数据量化的时序系统，主要是以概率统计分析随时间变化的随机系统，在新闻工作中，一个历史阶段的来稿数量的变动，版面内容的变动，订阅份数的变动，读者来信来访的变动等等，都是随时间变化的随机系统，利用概率统计，整理过去的数据，分析其变化规律，特别是掌握连续的长期动势，可以预测新闻现象随时间变化的未来的状态，目前常见的时序分析装置结构都比较复杂，实现的功能也很有限，部分装置在显示波形的过程中有重叠现象，同时部分装置无法手动位移时间标志线，触发时间不可调，位移循环周期时序波形也无法回放。

因此设计一种实现电路移位时钟及八路数字信号，采用拨码开关预置八位触发字TW，在示波器上不重叠地自左向右显示对应的时序波形，触发时间位置可调、时间标志线可手动位移、LED灯显示标志线对应的状态字、回放两个移位循环周期时序波形的时序分析装置，正是发明人要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种简易数字信号时序分析装置，能实现具有新颖工艺流程，对瓜皮进行提前筛选，避免瓜皮混入后续工序对设备造成负担，避免瓜皮影响生产流程的功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种简易数字信号时序分析装置，其包括八位数字信号发生电路、STM32F407VGT6单片机、示波器、LED显示、八位拨码开关、按键A、按键B、旋钮，所述STM32F407VGT6单片机由数字信号时序分析模块、信号存储模块、调节设置模块组成且集成在一起，所述八位数字信号发生电路由STM32F103RBT6单片机、STM32F103最小系统板、稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块组成，所述稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块、STM32F103RBT6单片机均通过焊接的方式与STM32F103最小系统板相连接，所述STM32F103RBT6单片机分别连接稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块并构成完整电路，所述八位数字信号发生电路通过八条跳接线与STM32F407VGT6单片机相连接，所述STM32F407VGT6单片机通过数据传输线与示波器相连接，所述STM32F407VGT6单片机连接LED显示，所述STM32F407VGT6单片机连接八位拨码开关，所述STM32F407VGT6单片机连接按键A，所述STM32F407VGT6单片机连接按键B，所述STM32F407VGT6单片机连接旋钮；

进一步，所述信号存储模块使用RAM存储。

进一步，所述八位拨码开关用于设置八位单级触发字TW。

进一步，所述按键A用来选择触发时间的位置，按键B用来控制回放，旋钮用来调节时间标志线。

进一步，所述示波器的显示模式为X-Y模式。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过以STM32F407VGT6单片机为核心，搭建外围电路及编程，实现了电路移位时钟及八路数字信号，STM32F407VGT6单片机进行信号采集及存储，拨码开关预置八位触发字TW，满足触发条件情况下，STM32F407VGT6单片机对信号进行时序分析并计算输出值，经内部高速DA转换输出模拟量控制X-Y通道在示波器上不重叠地自左向右显示对应的时序波形的功能。

2.本发明通过将按键、电位器、拨码开关等器件组成控制面板，通过与单片机主控组成控制电路，实现了触发时间位置可调、时间标志线可手动位移、LED灯显示标志线对应的状态字、回放两个移位循环周期时序波形的功能。

附图说明

图1是本发明系统框图。

图2是本发明八位数字信号发生电路原理图。

图3是本发明STM32F407VGT6单片机电路图。

图4是本发明程序设计流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。

参见图1至4是本发明系统框图、八位数字信号发生电路原理图、STM32F407VGT6单片机电路图、程序设计流程图，其包括八位数字信号发生电路、STM32F407VGT6单片机、示波器、LED显示、八位拨码开关、按键A、按键B、旋钮，STM32F407VGT6单片机由数字信号时序分析模块、信号存储模块、调节设置模块组成且集成在一起，八位数字信号发生电路由STM32F103RBT6单片机、STM32F103最小系统板、稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块组成，稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块、STM32F103RBT6单片机均通过焊接的方式与STM32F103最小系统板相连接，STM32F103RBT6单片机分别连接稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块并构成完整电路，八位数字信号发生电路通过八条跳接线与STM32F407VGT6单片机相连接，STM32F407VGT6单片机通过数据传输线与示波器相连接，STM32F407VGT6单片机连接LED显示，STM32F407VGT6单片机连接八位拨码开关，STM32F407VGT6单片机连接按键A，STM32F407VGT6单片机连接按键B，STM32F407VGT6单片机连接旋钮；

信号存储模块使用RAM存储，八位拨码开关用于设置八位单级触发字TW，按键A用来选择触发时间的位置，按键B用来控制回放，旋钮用来调节时间标志线，示波器的显示模式为X-Y模式。

八位数字信号发生电路大体上可以说是由两部分组成，分别是时钟信号发生模块、八位数字信号发生模块，对于两部分模块的选择进行以下论证，时钟信号发生模块的论证与选择：方案一，搭建电路将晶振产生的正弦波进行分频，生成100 KHz的时钟脉冲，该方案节约成本，但不易实现，实际效果不佳，稳定性无法保证；方案二，采用单片机产生时钟信号，通过对其编程产生所需频率的脉冲信号，此方案实现相对简单，易于维护，但对单片机性能有一定要求，经实际测试对比，采用方案二并用STM32F103RBT6单片机产生符合要求的时钟信号。

八位数字信号发生模块的论证与选择：方案一，采用STM32F103RBT6单片机编程实现序列信号发生，通过编程以及寄存器配置分别在不同的IO口同时输出八路数字信号，此方案具有开发周期短、易于维护、可靠性高等优点，但成本较高；方案二，用74LS164产生八路数字信号，设置一个预置数，给它一个时钟脉冲，每个脉冲依次移动一个bit，在输入端输出。此方案外围电路搭建难度不大，基础结构简单，成本低，但稳定性较差，经过对比，方案二需输入外部时钟以及信号预置数，增加了整个装置的结构复杂度且稳定性较差，方案一实现较易且易于维护，故采用方案一。

数字信号时序分析模块的论证与选择：方案一，用FPGA做信号采集分析，控制外围设备，通过调节设置模块控制输出信号，该方案设计方便，但验证时序时间略长，任务时间较紧，不太合适；方案二：用STM32F407VGT6单片机来采集分析信号，控制外围设备，通过调节设置模块控制输出信号，单片机为主芯片的开发板，使用方便，验证快捷，编程较易且已熟练掌握，通过比较，采用方案二。

波形显示模块的论证与选择：方案一，用DAC0832、LM358搭建外围电路实现单片机输出信号的DA转换，产生供示波器显示的XY通道的模拟信号；方案二：题目要求采用示波器（X-Y模式）显示波形，需单片机控制部分具备较高的刷新频率，选定主频较高的STM32F407VGT6开发板实现该功能，且该板卡已集成高速DA转换功能，通过比较，最终选定方案二。

信号存储模块的论证与选择：方案一，用外部存储器储存。此方案支持掉电存储，存储信息量大，但成本高；方案二，用RAM存储，存储读取速度快，但存储的信息量少，经分析，题目只要求存储两个周期的信号，占用空间不多，于是采用方案二，直接用的一个数组存储采集到的信号。

调节设置模块的论证与选择：方案一，用八位的拨码开关设置八位单级触发字TW，用按键来选择触发时间的位置，按键控制回放，可调电阻器调节时间标志线；方案二：用矩阵键盘，按下不同的按键，完成不同的工作。此方法集成度很高，但容易混淆，不利于实际操作，综合比较，采用方案一。

系统原理分析及设计：整个系统主要由八位数字信号发生电路和数字信号时序分析装置组成，采用单片机STMF103RB产生频率为100 KHz移位时钟clock和八位并行移位循环输出的TTL电平信号，八路数字信号通过跳线连接主控单片机STM32F407VGT6，单片机主控每隔80 us的移位循环周期对八路数字信号进行采样和时序分析，通过拨码开关预置八位单级触发字TW，当满足触发条件（即D0～D7刚好为预置的TW），主控单片机经采样后由内部DA转换输出X-Y通道两路控制信号，在示波器上不重叠地自左向右同时显示八路数字信号时序波形。

时钟及数字信号发生模块工作原理：STM32F103RBT6单片机作信号发生装置，配置八个I/O口D0～D7为数字信号输出端，1个clock时钟信号输出端，内部定时中断周期10 us，每隔10 us触发中断，翻转时钟IO口clock电平状态，产生100 KHz的时钟脉冲信号，每次中断D0～D7在8种不同的状态字SW中切换，每8次中断为一个移位周期可同时显示八路时序波形。

数字信号时序及主控模块：数字信号时序分析装置及主控模块以STM32F407VGT6单片机为核心，该微控制器有集成度高、1 M字节片上FLASH存储器、192 K字节的SRAM、复位、内部RC、PLL等优势。此外，该装置还包括ART加速器、32位7层AHB总线矩阵、多DMA控制器等。

数字信号时序分析装置可以准确采集完整的时序波形，内部高速运算单元能够实时对信号进行处理，由于示波器X-Y模式波形显示对输入信号频率要求较高，低频信号容易造成显示图形失真，因此，STM32F407VGT6单片机符合系统的主频需求，能够很好的对输入信号进行采集捕获，并作出相应的输出控制，其内部高速DA转换模拟量输出能够确保输入到示波器（X-Y模式）的图形连续变化且不失真，同时整个控制系统能够稳定运行。

示波器XY通道显示原理：示波器X通道波形电压决定了光点偏离X轴的距离，示波器Y通道波形电压决定了光点偏离Y轴的距离，X通道输入斜升波，Y通道循环输入与触发字匹配的一路数字信号波形即可在示波器上输出一路波形，要在示波器上同时显示八路波形，则X通道需要输入八个斜升波，分别用于八路波形的完整显示，Y通道的八路波形要做抬压处理，否则光点会发生混叠，所以八路波形需要设置在不同的基准电压上，示波器时间标志线可设置，需要X通道斜升波基准电压可调节。

程序描述：实现准确采集到时钟及数字信号，对D0～D7信号的时序进行分析，对外部状态、控制信号及时响应，通过示波器X-Y通道稳定输出模拟信号，并在示波器上显示时序图形。

测试方案及条件：整体测试包括硬件和软件测试两部分，硬件部分由八位数字信号输出端和一个时钟信号连接到时序分析装置，控制面板包括电位器、按键、拨码开关、LED灯，连接到时序分析装置上，时序分析装置引出X、Y、GND端，分别连接示波器X、Y通道。用万用表、示波器等仪器设备进行硬件连接测试，经测试，硬件连接完好，各模块工作正常，软件部分在搭好的硬件平台上显示效果，进行程序调整及修改。

为确保硬件电路连接无误，分别给数字信号发生装置、时序分析装置供电，打开示波器并设置为X-Y模式，通过拨码开关预置八位有效单级触发字TW。调节电位器，屏幕上手动位移时间标志线，LED灯显示标志线对应8路数字信号状态字SW；按键A设置三种触发时间位置；按键B切换显示回放存储的两个周期八路时序波形和正常状态时序波形。

测试结果及分析：经测试，可在示波器上同时显示八路数字信号时序，能调节八路数字信号时序波形的触发时间，可选择不同触发模式，可在屏幕上添加可手动位移时间标志线，能用八个LED显示时间标线对应时刻的八路数字信号状态，能对八路数字信号的逻辑状态的采集与存储，并可在示波器上回放两个位移循环周期的八路数字信号。

本发明通过以STM32F407VGT6单片机为核心，搭建外围电路及编程，实现了电路移位时钟及八路数字信号，STM32F407VGT6单片机进行信号采集及存储，拨码开关预置八位触发字TW，满足触发条件情况下，STM32F407VGT6单片机对信号进行时序分析并计算输出值，经内部高速DA转换输出模拟量控制X-Y通道在示波器上不重叠地自左向右显示对应的时序波形的功能，通过将按键、电位器、拨码开关等器件组成控制面板，通过与单片机主控组成控制电路，实现了触发时间位置可调、时间标志线可手动位移、LED灯显示标志线对应的状态字、回放两个移位循环周期时序波形的功能。

Claims (4)

1.一种简易数字信号时序分析装置，其特征在于：包括八位数字信号发生电路、STM32F407VGT6单片机、示波器、LED显示、八位拨码开关、按键A、按键B、旋钮，所述STM32F407VGT6单片机由数字信号时序分析模块、信号存储模块、调节设置模块组成且集成在一起，所述八位数字信号发生电路由STM32F103RBT6单片机、STM32F103最小系统板、稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块组成，所述稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块、STM32F103RBT6单片机均通过焊接的方式与STM32F103最小系统板相连接，所述STM32F103RBT6单片机分别连接稳压模块、USB模块、IO口、晶振模块、复位模块、电源模块并构成完整电路，所述八位数字信号发生电路通过八条跳接线与STM32F407VGT6单片机相连接，所述STM32F407VGT6单片机通过数据传输线与示波器相连接，所述STM32F407VGT6单片机连接LED显示，所述STM32F407VGT6单片机连接八位拨码开关，所述STM32F407VGT6单片机连接按键A，所述STM32F407VGT6单片机连接按键B，所述STM32F407VGT6单片机连接旋钮；

根据权利要求1所述的一种简易数字信号时序分析装置，其特征在于：所述信号存储模块使用RAM存储。

2.根据权利要求1所述的一种简易数字信号时序分析装置，其特征在于：所述八位拨码开关用于设置八位单级触发字TW。

3.根据权利要求1所述的一种简易数字信号时序分析装置，其特征在于：所述按键A用来选择触发时间的位置，按键B用来控制回放，旋钮用来调节时间标志线。

4.根据权利要求1所述的一种简易数字信号时序分析装置，其特征在于：所述示波器的显示模式为X-Y模式。