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

前言：

是德科技（NYSE：KEYS）-原安捷倫電子測量事業(yè)部，是全球電子測量技術(shù)和市場的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于推動無線通信、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量體驗。是德科技提供的電子測量儀器、系統(tǒng)、軟件及服務(wù)廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的設(shè)計、研發(fā)、制造、安裝、部署和運營。

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，手把手教會工程師如何通過示波器行之有效的實現(xiàn)相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)測試測量。

從朋友得知ST公司在搞活動，可以申請STM32F429的探索套件，作為窮學(xué)生一枚的我不免動了心。大二上學(xué)期參加完全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽之后閑來無事，就自己做了一個數(shù)字示波器來作為學(xué)習(xí)STM32的實戰(zhàn)檢驗，前后花費了大概1個月的時間完成了初稿，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)在因為參加老師的項目研發(fā)也就暫時閑置了下來，之前就打算在各大論壇開源，但是一直沒有時間整理設(shè)計文檔，恰巧現(xiàn)在ST公司這個活動，所以就全部開源分享給大家吧，一起學(xué)習(xí)。下一步計劃重新設(shè)計模擬電路部分使用CPLD和高速AD實現(xiàn)更高的采樣率。

硬件平臺：

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：信號繼電器

7.電源：DC +12V

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

芯片詢價和在線購買鏈接?https://www.bom2buy.com/

軟件平臺：

• 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
• 實時內(nèi)核：UC/OS-II 2.9實時操作系統(tǒng)
• GUI內(nèi)核：uC/GUI 3.9圖形用戶接口
• 底層驅(qū)動：各個外設(shè)驅(qū)動程序

數(shù)字示波器功能：

1. 波形發(fā)生器：使用STM32一路DA實現(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)選項可以通過觸摸屏完成設(shè)置。
2. SD卡存儲： SD卡波形存儲輸出，能夠?qū)Ξ?dāng)前屏幕截屏，以JPG格式存儲在SD卡上。能夠存儲1S內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，可以隨時調(diào)用查看。
3. 數(shù)據(jù)傳輸：用C#編寫上位機(jī)，通過串口完成對下位機(jī)的控制。（1）實現(xiàn)STOP/RUN功能（2）輸出波形電壓、時間參數(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. 被測信號的各種參數(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
• 最高實時取樣率： 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： 實現(xiàn)自動、常規(guī)、單次觸發(fā)方式 ,上升或下降邊沿觸發(fā)
• 參數(shù)計算： 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)字示波器實物視頻演示：

實物展示：

上位機(jī)截圖：

設(shè)計心得分享：

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)的說明了具體的實現(xiàn)方法，其中的示波器原理和FFT原理請自己查閱相關(guān)教材。我個人認(rèn)為最值得參考的就是如何制定一個效率較高的通信協(xié)議。我查閱了很多資料最后結(jié)合實際設(shè)計了一套通信協(xié)議，這套通信協(xié)議效傳輸速率理論最大可達(dá)16000bps,實際采用10666bps速率傳輸。協(xié)議的編碼、解碼算法的詳細(xì)說明附在附件中。隨著程序量的增加，F(xiàn)103也漸漸感到比較吃力了，其中FFT的運算就是典型代表，也希望借此機(jī)會申請到F429帶DSP指令的MCU來進(jìn)一步提高示波器的性能。

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

附件內(nèi)容包括：

• 整個電路設(shè)計源代碼；
• 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)計相關(guān)文檔（通信協(xié)議、增益計算表等）；