论文总字数：27004字

摘 要

本文首先介绍了模拟信号采集和数字化传输技术的背景、研究重点、研究状况，然后给出了模拟信号的数字化传输系统的设计过程。论文详细叙述了系统的设计方案和具体的设计过程，包括硬件设计和程序设计。本系统硬件部分采用STM32F103芯片和ESP266无线收发模块进行设计，模拟信号经过模拟/数字转换之后再经STM32芯片处理，然后通过ESP8266无线收发模块向PC机传输数据。系统的程序设计主要分为两个部分——片上程序部分和客户端程序部分。片上程序使用C语言编写，包括电压采集、数据处理和无线传输等子程序；客户端程序使用C#语言编写，包括数据接收解码、波形处理、图像绘制等子程序。

论文最后给出了系统数据传输以及波形绘制的调试过程和调试结果，并总结了调试过程中出现的问题和解决方案。 

关键词：模拟信号 模拟/数字转换 数字化传输 WIFI无线传输

Analog Signal Digital Transmission System

ABSTRACT

Firstly on the analog signal acquisition and digital transmission technology background, research focus, research status were introduced. Then and the analog signal digital transmission system of design parameters of the device used to demonstrate; then it is shown that the scheme of the concrete design process, including hardware design and software design, the hardware module of the system chip STM32F103 and ESP266 wireless transmitting and receiving module design based on, the analog signal after analog / digital conversion STM32 chip processing is completed by the esp8266 wireless transceiver module transmits the data to the PC. PC side of the data to the data after the data will be decoded, restore voltage information, and draw the waveform at the PC end. This paper will focus on the design process of each sub module of the software and hardware.

Keywords： Analog Signal ; nalog-to-Digital Converter ; Digital Transmission ;Wireless Fidelity

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 选题的背景和依据 1

1.2 国内外相关研究 1

1.3 设计方案论证 2

第二章 系统的硬件设计 4

2.1电压采集模块 4

2.2 数据处理模块 5

2.3 无线数据传输模块 9

2.3.1 数据发送端（单片机部分） 9

2.3.2 数据接收端（PC部分） 10

第三章 系统的程序设计 12

3.1 电压采集的程序设计 13

3.1.2 电压采集初始化参数选择和设定 13

3.1.1通讯接口初始化 13

3.1.3 取数字采样的电压值 14

3.1.4 数据压缩和编码 15

3.2 无线数据传输的程序设计 16

3.2.1无线模块接口电平初始化 16

3.2.2 串口打印程序的重定向 17

3.2.3 发送数据包缓存区 18

3.2.4 接收缓冲区和命令的判断 19

3.2.5无线传输的状态转移 20

3.3 系统终端的程序设计 21

3.3.1 通讯连接的建立和关闭 21

3.3.3 数据显示缓存区 25

3.3.4 图形控件的使用 25

3.3.5 波形的绘制和刷新方式 26

3.3.6 显示触发 27

第四章 系统的调试 29

4.1硬件功能调试 29

4.2软件功能调试 30

结语 33

参考文献 34

附录一 STM32主板原理图 36

附录二 STM32核心板原理图 37

第一章 绪论

1.1 选题的背景和依据

在电子电路实验中，常使用示波器对电信号进行图形化显示。作为电子测试中最基础也是最重要的仪器之一，示波器的应用十分广泛，其中数字示波器正逐渐成为主流。数字示波器是以数据采集，模拟/数字转换，数字化数据传输以及软件编程等一系列的技术制造出来的波形显示设备。

与传统模拟示波器相比，数字化波形显示器具有成本低，灵活度高，集成容易，实现和修改难度较低等等优点。此外，采用了数字化的采集和传输技术之后，传送信号时不会像模拟信号传输系统那样累计误差，有利于波形的存储和重现。同时数字信号处理技术的引入也使波形分析更加简便，提高了分析的准确度。

信号传输时还可以使用无线数据传输方式，这种方式可以省去数据线带来的麻烦。使用者在使用时只需要携带一个轻便的信号采集端进行信号的采集，而采集端采集到的信号将被发送到PC端进行显示、存储和分析，这种使用无线传输方式的波形显示系统可以给使用带来很多便利。

1.2 国内外相关研究

模拟信号的采集传输系统主要包括信号的采样、信号的传输和信号的分析等部分。对于各个部分，国内外都有很多研究，以下是国内外对信号采集和传输系统相关技术的研究。

信号的采样一般使用的是模拟/数字转换器即日常所说的ADC，作为把模拟量转换为数字量的器件，AD转换模块是数字信号处理系统中的关键组成部分。一般情况下，模拟信号的数字化是通过不断的对模拟信号进行抽样并AD转换后得到的。AD转换模块一般分类两部分，第一部分是将利用各种方式模拟信号进行抽样，得到模拟信号某一个时刻的瞬时值，此时得到的电压信号还是模拟量，就需要利用模块的另一个部分对信号进行量化和编码，使之转换为一个数字量，在这个过程中，模拟信号会丢失一部分信息，这就是量化误差。通常而言，AD转换的误差会受到ADC电源稳定性，分辨率，编码方式等方面的影响。下面介绍几种常见的模拟/数字转换的技术。

1、全并行模拟/数字转换器：全并行的模拟/数字转换的技术实现方式党对较为容易，模拟信号输入时被分成了多个支路，其中每个支路代表一个数字量，在比较时每个支路同时比较，因此只需要一个周期就可以找到最接近的数字电压值。全并行的模拟/数字转换器速度非常快，是目前模拟/数字转换技术中速度最快的方式，最高采样速率可以达到500MSPS。并行采样技术虽然速度比较快但是同样存在缺点。由于全并行采样技术需要建设布置与分辨率数量相同的支路才能保证一个转换周期内完成转换，因此采用全并行技术的模拟/数字转换器的硬件成本会随着分辨率的提高指数型增长;其次，对于结构大量重复的并行支路结构如果不能够高度匹配就会造成失配，对转换输出造成影响。因此，全并行A/D转换器一般只用在要求速度较高并且分辨率不是太高的情况下。

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