基于实时操作系统MQX的数字示波器应用与研究

摘要

尽管数字示波器在当今已是不可或缺的电子测量工具,但仍不能作为学生课堂教学仪器普及使用。主要原因有二:一是其相对价格偏高;二是平时的教学也不需要用到现今数字示波器的一些强大性能和繁琐功能。MQX是飞思卡尔半导体公司在2009年推广的一款嵌入式实时操作系统,也是苏州大学飞思卡尔嵌入式研究中心接受飞思卡尔委托重点研究的对象。2013年,本中心提出了SD-MQX应用框架,并将MQX移植到了自主搭建的硬件平台上。在此背景下,出于对MQX用法的初步探究,本课题采用 MQX设计了一种既能独立采样并存储,又能与 PC机通信,具有虚拟仪器功能的MQX-K60简易数字示波器。为平衡成本及性能的需求,本课题主控芯片选用飞思卡尔公司生产的Kinetis K60N512,并做了以下几方面的工作。
　　(1)按照嵌入式硬件构件化思想,设计了示波器的硬件构件模块,包括SD-DSO_CORE和 SD-DSO_CTL。其中 SD-DSO_CORE集成了AD、USB、Flash等基本功能模块;SD-DSO_CTL由外围控制电路和控制结果显示电路组成。
　　(2)利用实时操作系统的多任务处理能力,实现了示波器两种独立运行模式的功能;基于MQX驱动分类思想,将示波器底层驱动按照功能划分成可供两种运行模式任意调用的、具有独立功能的设备驱动,完成了示波器脱机工作模式的设计。其中出于示波器与PC机通信的需要,重点研究了MQX的复杂驱动USB通信,通过剖析其四层结构体系,设计了合理的USB通信方案,并给出了USB驱动的单独模块测试。
　　(3)编写示波器的PC方软件,设计了示波器的虚拟面板;根据K60N512的特点,增加了示波器测量内部温度功能;通过命令控制完成了示波器 PC方软件与底层软件的对接,实现了示波器的在线工作模式。
　　本课题设计的MQX-K60简易数字示波器通过实际应用测试证明了其具有一定实用价值的同时,也对MQX用法进行了初步的探索。在开发过程中,将复杂驱动USB封装成一个独立功能的模块,也为后续MQX的研究工作提供了一定的基础。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题研究基础

1.3 课题设计目标及意义

1.4 课题主要工作

1.5 论文结构

第二章 相关理论及总体设计方案

2.1 两种数字示波器

2.2 MQX简介

2.3 SD-MQX工程框架

2.4 系统总体设计

2.5 本章小结

第三章 硬件设计

3.1 硬件模块构件化设计

3.2 SD-DSO_CORE电路设计

3.3 SD-DSO_CTL电路设计

3.4 硬件测试

3.5本章小结

第四章 MQX下的示波器底层软件设计

4.1 在线与脱机工作模式设计

4.2 USB通信设计

4.3 数据采集设计

4.4 波形存储设计

4.5 控制显示设计

4.6 外围控制设计

4.7 底层软件测试

4.8本章小结

第五章 PC方软件的设计及应用实例

5.1 示波器虚拟面板界面设计

5.2 虚拟面板功能的设计

5.3 相关功能的设计

5.4 示波器在线工作模式的应用测试

5.5 应用实例

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 课题展望

参考文献

公开发表的学术论文及参与的主要科研项目

附录A K60N512最小系统图

附录B 系统底层软件文件组织结构

附录C数字示波器实物图

致谢