基于片上可编程系统(PSOC)的腕戴式集成电气测量测试系统

摘要

示波器作为一种在电子、电气行业使用广泛的测试测量设备，使我们肉眼无法观察的电信号以图形的形式展现出来，从而电现象能够得到很好的观察、测量和记录。传统示波器由于体积大、不便携等缺点给现场测试和户外检测带来了很多不便，而便携式示波器就很好的解决了这一问题。在穿戴式设备飞速发展的今天，以穿戴设备的形式构建电气测量测试系统，实现示波器以及信号发生器等相关功能，能够给户外检测带来很大的方便性、灵活性。
　　本论文以腕式穿戴形式，以低功耗、方便使用为目标，提出了一种对于电信号的电气集成测量测试系统。选用PSoC5 LP作为开发平台，设计调理电路配合模数转换器(ADC)对电信号进行采集，通过数模转换器(DAC)将数每级字信号转换为模拟信号来实现波形发生的功能。配置直接内存存取通道(DMA)来作为内存与片上外设的桥梁实现数据的快速传输。对内存中的相关数据做进一步的计算得出电压值与峰峰值，还通过快速傅里叶变换将时域信号转换为频域信息，得到信号的频谱图。
　　选用夏普2.7寸400*240像素Memory LCD作为显示模块，用于波形绘制、菜单以及相关信息的显示。配置 CC2541低功耗蓝牙模块将数据分享到其他蓝牙设备，从而实现了数据的共享。最后将各功能整合，以状态机的方式构建出整个测量测试系统，通过物理按键来对系统进行控制和操作。
　　集成电气测量测试系统实现了对电信号的采集、示波、波形发生以及信息分享功能，能够将波形以及相关信息清晰的表现出来，且操作简单、方便使用。系统各模块都具备低功耗的特点，符合穿戴设备的要求，相关功能能够给户外测试提供方便，并且数据的共享能够提高小组的工作效率。

目录

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外研究现状

1.3本论文研究意义

1.4本论文研究内容

1.5论文结构及章节安排

第二章 腕戴式集成电气测量测试系统的顶层设计

2.1腕戴式集成电气测量测试系统框架

2.2腕戴式集成电气测量测试系统开发平台

2.3信号采集与调理电路设计

2.4电源供电系统

2.5本章小结

第三章 显示模块及示波功能实现

3.1显示模块的配置

3.2信号采集与数据传输

3.3示波界面设计及波形数据显示

3.4本章小结

第四章 频谱分析原理及功能实现

4.1傅里叶变换的概念

4.2离散傅里叶变换（DFT）

4.3快速傅里叶变换

4.4快速傅里叶变换的编程实现

4.5本章小结

第五章 波形发生的原理及功能实现

5.1波形发生原理概述

5.2相关功能模块的配置

5.3波形的输出与效果

5.4本章小结

第六章低能耗蓝牙(BLE)的信息交互

6.1蓝牙4.0通信协议结构

6.2蓝牙4.0通信模块

6.3蓝牙模块的配置及通信

6.4蓝牙信息共享功能的实现

6.5本章小结

第七章 系统集成及状态机实现

7.1物理按键

7.2整体状态流程的描述与设计

7.3状态功能相关操作的设置与实现

7.4本章小结

第八章 总结与展望

8.1研究工作总结

8.2技术展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间项目参与、论文发表以及专利申请情况

附录I系统顶层设计框图

附录II Memory LCD显示功能实例

附录III 快速傅里叶变换程序

附录IV 状态机简要程序结构