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【经验分享】STM32示波器 信号发生器

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STMCU小助手 发布时间:2022-1-14 22:45
关于stm32的示波器,网上以经有很多了。这里还是想把自己的设计思想发表出来。这个项目已经准备了很久。这里首先要感谢以前的团队,非常感觉陈师和覃总两位经验丰富的嵌入式工程师,获得了不少多方面的考虑。如果不是工作调整等原因,很有可能会出产品。但最后没有做完深感遗憾。这里发表下我的设计流程,希望能给做示波器的朋友有一定的帮助。也是让自己对此项目的一个总结。

6 ?* D! `! M0 C+ A; H
本示波器有效测量频率0.1 ~ 100KHz
双通道
集成信号发生器
时间轴每格 1,2,5递增范围:2us ~ 1s
时间轴每屏12格
硬件结构:
  • 主芯 stm32zet6
  • 触摸屏     SSD1289  320*240 RGB565
  • AD:  STM32内部ADC 1MHz采样率& D, d0 X# s* I
           双通道。
(设计扩展外部高速AD,上述原因没能得以完成)
  • DA:内部DAC  20K以内正弦波,锯齿波和方波。
  • 平台:uCOSIII,
  • 图形:uCGUI
    1 [5 W# p. @) j
软件设计:设计思想
整个的数据流程如下:
05161416-10bae2153ba6452d981ed725870ca88f.jpg
; o4 z1 f& X, J% ^  E+ {0 t
数据采样分为三个部分:
  • 高速采样(2us ~ 20us 包括20us);
    5 a% r. F+ M& q! D, S( @7 C! z, d; h
在这之间以20us为例:
20us每格 * 12格 = 240us每屏。
采样率为1m也就是1us只可以采样到1个数据,上面提到了屏是320宽。
所以在这种情况下,1个数据在显示屏会对应1个或几个点。
         因此在2~20us之间都用最大采样率1MHz采样。
         采用连续采样模式。

, r' D2 j5 e/ ]) B6 `" S* B
  • 中速采样(50us ~ 20ms 包括20ms);6 A( S! H6 }) B8 K6 P' q% A4 T
在这之间的时间段中,只要采样周期调整和所选时间轴相同,就可以采样点与屏上的点一一对应。
采用定时器触发采样模式。

- a( i: ]4 Y' U
  • 低速采样(大于等于50ms时)。, c+ M. z" C9 k: k+ E; s
参考了海太科等品牌的示波器,在这种低速情况下在屏上循环显示(显示屏收尾相接)。
同样采用定时器触发采样模式。

6 z7 U' j; V* b. y9 w7 r; O+ X( A. f5 @' m* Q
数据解析:
  • 波形参数:周期,占空比,最大值,最小值等等。3 p, }; e& M4 |) O- g! g
在获得采样数据后的数据参数的获得就比较简单了。
这里需要提的就是采样点与显示点的对应关系:
) P$ ^9 ^8 v# f, E' T+ q4 s
在中速,低速采样:
采样点显示点一一对应。
" Q" h& c5 f/ f& ]  d
在高速采样时:
不管时间轴为多少采样周期都是1us;
采样点与显示点的对应关系为 (320屏宽)/(时间轴 * 12格 / 1us)
2 |! X. a$ b% Y) b! J) P
  • 寻找触发点:
    , w0 Q  {* h  X/ Z1 {
低速采样不进行触发,因为是循环显示。
在高速和中速采样 三倍屏幕的数据,与触发线比较获得匹配的一段数据进行显示。
05161443-39f1998468bf4814b399dbad4f2b8d70.jpg
% n; W4 n2 N; t* l* V& `5 b$ ?: m1 B& Q# W8 m5 V' }! a
信号发生器:
这部分就很简单了,先计算出一个周期的波形放在数组中,用DMA循环更新DA就可以了。
1 z1 t( v, c, K$ {$ m, C
显示:
这部分就直接上图吧:
05161528-3ecfac9d776e44e68f20cde01e0134bd.jpg
" x6 l0 ^, o: y2 k" e; M) x7 B  ?/ m, x; {% z  [2 m
05161556-4e0b6459eb294f4381ef0e0c90d8aa34.jpg 8 S) |9 C, _9 v& r) _& L

; p# s; d  d) Z4 ]  n1 m, d" H 05161803-88152bb907034727b377067154f66956.jpg
4 J0 v2 |9 [9 I4 s% g: y
! }$ Y/ ~1 g* I' F$ `% J
. m, G! ^) W. D
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