（更新）基于STM32的數(shù)字示波器設(shè)計(jì)（完整的設(shè)計(jì)資料）

前言：

是德科技（NYSE：KEYS）-原安捷倫電子測(cè)量事業(yè)部，是全球電子測(cè)量技術(shù)和市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于推動(dòng)無(wú)線通信、模塊化和軟件解決方案的持續(xù)創(chuàng)新，專注于為客戶提供卓越的測(cè)量體驗(yàn)。是德科技提供的電子測(cè)量?jī)x器、系統(tǒng)、軟件及服務(wù)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、安裝、部署和運(yùn)營(yíng)。

此次，是德科技為工程師分享了包括示波器、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、汽車電子等熱門領(lǐng)域的技術(shù)知識(shí)，手把手教會(huì)工程師如何通過(guò)示波器行之有效的實(shí)現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)測(cè)試測(cè)量。

從朋友得知ST公司在搞活動(dòng)，可以申請(qǐng)STM32F429的探索套件，作為窮學(xué)生一枚的我不免動(dòng)了心。大二上學(xué)期參加完全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽之后閑來(lái)無(wú)事，就自己做了一個(gè)數(shù)字示波器來(lái)作為學(xué)習(xí)STM32的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，前后花費(fèi)了大概1個(gè)月的時(shí)間完成了初稿，之后又?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)的完善我的示波器，并且為它編寫了上位機(jī)程序和制定了通信協(xié)議。使用了前端程控模擬電路和上層電路板，uCOS-II，uCGUI，F(xiàn)FT，SD，上位機(jī)等等，現(xiàn)在因?yàn)閰⒓永蠋煹捻?xiàng)目研發(fā)也就暫時(shí)閑置了下來(lái)，之前就打算在各大論壇開源，但是一直沒(méi)有時(shí)間整理設(shè)計(jì)文檔，恰巧現(xiàn)在ST公司這個(gè)活動(dòng)，所以就全部開源分享給大家吧，一起學(xué)習(xí)。下一步計(jì)劃重新設(shè)計(jì)模擬電路部分使用CPLD和高速AD實(shí)現(xiàn)更高的采樣率。

硬件平臺(tái)：

1. 主控器：STM32F103ZET6 64K RAM 512K ROM
2. 屏幕器：SSD1963
3. 分辨率：480*272 16位色
4. 觸摸屏：TSC2046
5. 模擬電路：?OP-TL084

OP-U741

SW-CD4051

CMP-LM311

PWR-LM7805

-LM7905

-MC34063

-AMS1117-3.3

DRT-ULN2003

6.繼電器：信號(hào)繼電器

7.電源：DC +12V

注：芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)等信息可以在集成電路查詢網(wǎng)站搜索 https://www.datasheet5.com/

芯片詢價(jià)和在線購(gòu)買鏈接?https://www.bom2buy.com/

軟件平臺(tái)：

• 開發(fā)環(huán)境：RealView MDK-ARM uVision4.10
• C編譯器：ARMCC
• ASM編譯器：ARMASM
• 連機(jī)器：ARMLINK
• 實(shí)時(shí)內(nèi)核：UC/OS-II 2.9實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
• GUI內(nèi)核：uC/GUI 3.9圖形用戶接口
• 底層驅(qū)動(dòng)：各個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序

數(shù)字示波器功能：

1. 波形發(fā)生器：使用STM32一路DA實(shí)現(xiàn)正弦，三角波，方波，白噪聲輸出。 任意一種波形幅值在0-3.3V任意可調(diào)、頻率在一定范圍任意可調(diào)、方波占空比可調(diào)。調(diào)節(jié)選項(xiàng)可以通過(guò)觸摸屏完成設(shè)置。
2. SD卡存儲(chǔ)： SD卡波形存儲(chǔ)輸出，能夠?qū)Ξ?dāng)前屏幕截屏，以JPG格式存儲(chǔ)在SD卡上。能夠存儲(chǔ)1S內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)調(diào)用查看。
3. 數(shù)據(jù)傳輸：用C#編寫上位機(jī)，通過(guò)串口完成對(duì)下位機(jī)的控制。（1）實(shí)現(xiàn)STOP/RUN功能（2）輸出波形電壓、時(shí)間參數(shù)（3）控制截屏（4）控制波形發(fā)生器（5）控制完成FFT（6）波形的存儲(chǔ)和顯示
4. 圖形接口： UCGUI
5. 水平掃速： 250 ns*、500ns、1μs、5 μs、10μs、50μs、500 μs、5ms 、50ms
6. 垂直電壓靈敏度：10mV/div, 20mV/div, 50mV/div, 0.1V/div, 0,2V/div, 0.5V/div, 1V/div,2V/div, 5V/div
7. 被測(cè)信號(hào)的各種參數(shù)屏幕顯示，包括頻率、電壓峰峰值等。

數(shù)字示波器性能參數(shù)：

• 主控: STM32F103ZET6
• 液晶屏: 4.3寸TFT480×272 65K彩色LCD顯示屏 FSMC
• AD: 12位1MHz采樣率
• 最高實(shí)時(shí)取樣率： 1MSa/s 12Bits
• 取樣緩沖器深度： 5K
• 垂直靈敏度： 5V，1V，500mV,200mV,100mV,50mV,20mV,10mV;
• 水平時(shí)基范圍：2S,1S,500mS,200mS,100mS,50mS,20mS,10mS,5mS,2mS,1mS,500uS,200uS,100uS,50uS,20uS,10uS,5uS,2uS,1uS
• 輸入阻抗： ≥1MΩ
• 最高輸入電壓： 30Vpp
• 耦合方式： AC/DC
• 觸發(fā)功能： 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、常規(guī)、單次觸發(fā)方式 ,上升或下降邊沿觸發(fā)
• 參數(shù)計(jì)算： 頻率、周期、占空比、交流峰-峰值、平均值、光標(biāo)追蹤顯示
• RUN/STOP

數(shù)字示波器實(shí)物視頻演示：

實(shí)物展示：

上位機(jī)截圖：

設(shè)計(jì)心得分享：

由于程序量比較大，所以在程序中我完成了大量的注釋，詳細(xì)的說(shuō)明了具體的實(shí)現(xiàn)方法，其中的示波器原理和FFT原理請(qǐng)自己查閱相關(guān)教材。我個(gè)人認(rèn)為最值得參考的就是如何制定一個(gè)效率較高的通信協(xié)議。我查閱了很多資料最后結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)了一套通信協(xié)議，這套通信協(xié)議效傳輸速率理論最大可達(dá)16000bps,實(shí)際采用10666bps速率傳輸。協(xié)議的編碼、解碼算法的詳細(xì)說(shuō)明附在附件中。隨著程序量的增加，F(xiàn)103也漸漸感到比較吃力了，其中FFT的運(yùn)算就是典型代表，也希望借此機(jī)會(huì)申請(qǐng)到F429帶DSP指令的MCU來(lái)進(jìn)一步提高示波器的性能。

限于目前的知識(shí)水平，這套示波器是實(shí)踐大于理論的產(chǎn)物，其中很多設(shè)計(jì)存在先天的不足，以后會(huì)繼續(xù)改進(jìn)，向更高性能邁進(jìn)。

附件內(nèi)容包括：

• 整個(gè)電路設(shè)計(jì)源代碼；
• 示波器上層板、AD板原理圖和PCB源文件以及NI仿真電路；
• 基于STM32示波器上位機(jī)EXE文件以及上位機(jī)源碼；
• 示波器設(shè)計(jì)相關(guān)文檔（通信協(xié)議、增益計(jì)算表等）；