[MM32生态] 【MM32F032 eMiniBoard】简易示波器

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 楼主| 二哲科技 发表于 2022-4-5 20:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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03.gif


1.介绍
一直想搞一个示波器,今天发现手头上有一款灵动的开发板,而且上面刚好有3个电位器,似乎电位器是灵动的标配,先拿这个练练手。

2.设计
首先需要一款屏幕,手头上有一款非常常用的OLED屏幕,屏幕的分辨率是128x64的,虽然分辨率不高,但是做个简易示波器还是够用的,由于直接接的芯片的ADC管脚,所以检测的电压只有0~3.3V,不过这个对于一般情况还是够用的。
首先来看看这款【MM32F032 eMiniBoard】开发板上的资源,还是非常丰富的,我这款和图片上这款外部资源是一样的,除了主控不一样。
0.jpg

图1

这里选择官方的LibSamples中I2C的【I2C_EEPROM_Polling】进行项目修改,需要先将屏幕给驱动起来,先实现IIC通信,这里采用软件IIC,先试试效果。
1.png

图2

  1. /*
  2.         @brief                        延迟1us
  3.         @param                        无
  4.         @retval                        无
  5. */
  6. static void delay(unsigned char num)
  7. {
  8.         //uint8_t i = 5;
  9.         //while(num--)
  10.         //{
  11.         //        while(i--);
  12.         //}
  13.         //__nop();
  14.         __nop();
  15.        
  16. }

  17. /*
  18.         @brief                        初始化OLED与单片机的IO接口
  19.         @param                        无
  20.         @retval                        无
  21. */
  22. void OLED_GPIO_Init(void)
  23. {
  24.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;        //定义一个GPIO_InitTypeDef类型的结构体
  25.        
  26.         RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_GPIOB, ENABLE);  //开启GPIOB时钟
  27.        
  28.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;        //选择控制的引脚
  29.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;        //设置为通用开漏输出
  30.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;        //设置输出速率为50MHz
  31.         GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);        //调用库函数初始化GPIOA
  32.        
  33.         OLED_SCLK_Set();        //设PB6(SCL)为高电平
  34.         OLED_SDIN_Set();        //设PB7(SDA)为高电平
  35. }


  36. /*
  37.         @brief                        模拟IIC起始信号
  38.         @param                        无
  39.         @retval                        无
  40. */
  41. void OLED_IIC_Start(void)
  42. {

  43.         OLED_SCLK_Set();        //时钟线置高
  44.         OLED_SDIN_Set();        //信号线置高
  45.         delay(1);        //延迟1us
  46.         OLED_SDIN_Clr();        //信号线置低
  47.         delay(1);        //延迟1us
  48.         OLED_SCLK_Clr();        //时钟线置低
  49.         delay(1);        //延迟1us
  50. }


  51. /*
  52.         @brief                        模拟IIC停止信号
  53.         @param                        无
  54.         @retval                        无
  55. */
  56. void OLED_IIC_Stop(void)
  57. {
  58.         OLED_SDIN_Clr();        //信号线置低
  59.         delay(1);        //延迟1us
  60.         OLED_SCLK_Set();        //时钟线置高
  61.         delay(1);        //延迟1us
  62.         OLED_SDIN_Set();        //信号线置高
  63.         delay(1);        //延迟1us
  64. }


  65. /*
  66.         @brief                        模拟IIC读取从机应答信号
  67.         @param                        无
  68.         @retval                        无
  69. */
  70. static unsigned char IIC_Wait_Ack(void)
  71. {
  72.         unsigned char ack;

  73.         OLED_SCLK_Clr();        //时钟线置低
  74.         delay(1);        //延迟1us
  75.         OLED_SDIN_Set();        //信号线置高
  76.         delay(1);        //延迟1us
  77.         OLED_SCLK_Set();        //时钟线置高
  78.         delay(1);        //延迟1us

  79.         if(OLED_READ_SDIN())        //读取SDA的电平
  80.                 ack = IIC_NO_ACK;        //如果为1,则从机没有应答
  81.         else
  82.                 ack = IIC_ACK;                //如果为0,则从机应答

  83.         OLED_SCLK_Clr();//时钟线置低
  84.         delay(1);        //延迟1us

  85.         return ack;        //返回读取到的应答信息
  86. }


  87. /*
  88.         @brief                        IIC写入一个字节
  89.         @param                        IIC_Byte:写入的字节
  90.         @retval                        无
  91. */
  92. void Write_IIC_Byte(unsigned char IIC_Byte)
  93. {
  94.         unsigned char i;  //定义变量
  95.         for(i=0;i<8;i++) //for循环8次
  96.         {
  97.                 OLED_SCLK_Clr();        //时钟线置低,为传输数据做准备
  98.                 delay(1);        //延迟1us

  99.                 if(IIC_Byte & 0x80)        //读取最高位
  100.                           OLED_SDIN_Set();//最高位为1
  101.                 else
  102.                         OLED_SDIN_Clr();        //最高位为0

  103.                 IIC_Byte <<= 1;  //数据左移1位
  104.                 delay(1);        //延迟1us
  105.                 OLED_SCLK_Set(); //时钟线置高,产生上升沿,把数据发送出去
  106.                 delay(1);        //延迟1us
  107.         }
  108.         OLED_SCLK_Clr();        //时钟线置低
  109.         delay(1);        //延迟1us

  110.         while(IIC_Wait_Ack());        //从机应答
  111. }
软件IIC的H文件如下:
  1. #ifndef _I2C_SOFTWARE_H
  2. #define _I2C_SOFTWARE_H

  3. #include "hal_device.h"
  4. #include "hal_conf.h"
  5. #include "stdio.h"

  6. #define                 OLED_SCLK_Set()                        GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)        //PB6(SCL)输出高
  7. #define                        OLED_SCLK_Clr()                        GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)        //PB6(SCL)输出低
  8. #define                        OLED_SDIN_Set()                        GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7)        //PB7(SDA)输出高
  9. #define                        OLED_SDIN_Clr()                        GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7)        //PB7(SDA)输出高
  10. #define                 OLED_READ_SDIN()                GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7)        //读取PB7(SDA)电平

  11. #define        IIC_ACK                0                //应答
  12. #define        IIC_NO_ACK        1                //不应答


  13. void OLED_GPIO_Init(void);
  14. void Write_IIC_Byte(unsigned char IIC_Byte);
  15. void OLED_IIC_Start(void);
  16. void OLED_IIC_Stop(void);

  17. #endif
最后我们只需要调用【Write_IIC_Byte】这个函数对屏幕进行操作即可。
然后就是屏幕的显示了,这里创建一块显存用于存储屏幕需要显示的内容。
  1. //OLED的显存
  2. //存放格式如下.
  3. //[0]0 1 2 3 ... 127       
  4. //[1]0 1 2 3 ... 127       
  5. //[2]0 1 2 3 ... 127       
  6. //[3]0 1 2 3 ... 127       
  7. //[4]0 1 2 3 ... 127       
  8. //[5]0 1 2 3 ... 127       
  9. //[6]0 1 2 3 ... 127       
  10. //[7]0 1 2 3 ... 127                           
  11. uint16_t OLED_GRAM[128][8];         
然后每次对屏幕处理完成之后,再调用将显存数据显示到屏幕上的函数。
  1. //更新显存到LCD       
  2. void OLED_Refresh_Gram(void)
  3. {
  4.         uint8_t i,n;                    
  5.         for(i=0;i<8;i++)  
  6.         {  
  7.                 OLED_WR_Byte (0xb0+i,OLED_CMD);    //设置页地址(0~7)
  8.                 OLED_WR_Byte (0x00,OLED_CMD);      //设置显示位置—列低地址
  9.                 OLED_WR_Byte (0x10,OLED_CMD);      //设置显示位置—列高地址   
  10.                 for(n=0;n<128;n++)
  11.             OLED_WR_Byte(OLED_GRAM[n][i],OLED_DATA);
  12.         }   
  13. }
使用这种方式的优点就是可以让整个屏幕一块进行显示,而不会导致一部分一部分显示,非常推荐大家使用这样的方式。
然后就是屏幕的初始化了,这一步参照官方的即可。
  1. /*
  2.         @brief                        OLED初始化函数
  3.         @param                        无
  4.         @retval                        无
  5. */                                    
  6. void OLED_Init(void)
  7. {
  8.         #if Software_IIC_EN
  9.         OLED_GPIO_Init();        //GPIO口初始化,软件i2c
  10.         #else
  11.         I2CInitMasterMode();
  12.         #endif
  13.         delay_ms(200);        //延迟,由于单片机上电初始化比OLED快,所以必须加上延迟,等待OLED上复位完成

  14.         OLED_WR_Byte(0xAE,OLED_CMD); //关闭显示
  15.         OLED_WR_Byte(0xD5,OLED_CMD); //设置时钟分频因子,震荡频率
  16.         OLED_WR_Byte(80,OLED_CMD);   //[3:0],分频因子;[7:4],震荡频率
  17.         OLED_WR_Byte(0xA8,OLED_CMD); //设置驱动路数
  18.         OLED_WR_Byte(0X3F,OLED_CMD); //默认0X3F(1/64)
  19.         OLED_WR_Byte(0xD3,OLED_CMD); //设置显示偏移
  20.         OLED_WR_Byte(0X00,OLED_CMD); //默认为0

  21.         OLED_WR_Byte(0x40,OLED_CMD); //设置显示开始行 [5:0],行数.
  22.                                                                                                             
  23.         OLED_WR_Byte(0x8D,OLED_CMD); //电荷泵设置
  24.         OLED_WR_Byte(0x14,OLED_CMD); //bit2,开启/关闭
  25.         OLED_WR_Byte(0x20,OLED_CMD); //设置内存地址模式
  26.         OLED_WR_Byte(0x02,OLED_CMD); //[1:0],00,列地址模式;01,行地址模式;10,页地址模式;默认10;
  27.         OLED_WR_Byte(0xA1,OLED_CMD); //段重定义设置,bit0:0,0->0;1,0->127;
  28.         OLED_WR_Byte(0xC0,OLED_CMD); //设置COM扫描方向;bit3:0,普通模式;1,重定义模式 COM[N-1]->COM0;N:驱动路数
  29.         OLED_WR_Byte(0xDA,OLED_CMD); //设置COM硬件引脚配置
  30.         OLED_WR_Byte(0x12,OLED_CMD); //[5:4]配置
  31.                  
  32.         OLED_WR_Byte(0x81,OLED_CMD); //对比度设置
  33.         OLED_WR_Byte(0xEF,OLED_CMD); //1~255;默认0X7F (亮度设置,越大越亮)
  34.         OLED_WR_Byte(0xD9,OLED_CMD); //设置预充电周期
  35.         OLED_WR_Byte(0xf1,OLED_CMD); //[3:0],PHASE 1;[7:4],PHASE 2;
  36.         OLED_WR_Byte(0xDB,OLED_CMD); //设置VCOMH 电压倍率
  37.         OLED_WR_Byte(0x30,OLED_CMD); //[6:4] 000,0.65*vcc;001,0.77*vcc;011,0.83*vcc;

  38.         OLED_WR_Byte(0xA4,OLED_CMD); //全局显示开启;bit0:1,开启;0,关闭;(白屏/黑屏)
  39.         OLED_WR_Byte(0xA6,OLED_CMD); //设置显示方式;bit0:1,反相显示;0,正常显示                                                              
  40.         OLED_WR_Byte(0xAF,OLED_CMD); //开启显示         
  41.         OLED_Clear();
  42. }  
示波器主要需要采用的就是画线了,这个使用ZLG的GUI中的【GUI_Line】函数,代码有点多,但是我还是贴出来,让大家看看。
  1. /****************************************************************************
  2. * 名称:GUI_HLine()
  3. * 功能:画水平线。
  4. * 入口参数: x0     水平线起点所在列的位置
  5. *           y0      水平线起点所在行的位置
  6. *           x1      水平线终点所在列的位置
  7. *           color   显示颜色(对于黑白色LCM,为0时灭,为1时显示)
  8. * 出口参数:无
  9. * 说明:对于单色、4级灰度的液晶,可通过修改此函数作图提高速度,如单色LCM,可以一次更
  10. *      新8个点,而不需要一个点一个点的写到LCM中。
  11. ****************************************************************************/
  12. void  GUI_HLine(uint16_t x0, uint8_t y0, uint16_t x1, uint8_t color)
  13. {
  14.     uint8_t  temp;
  15.     if(x0>x1)               // 对x0、x1大小进行排列,以便画图
  16.     {
  17.         temp = x1;
  18.         x1 = x0;
  19.         x0 = temp;
  20.     }
  21.     do
  22.     {
  23.         OLED_DrawPoint(x0, y0, color);   // 逐点显示,描出垂直线
  24.         x0++;
  25.     }
  26.     while(x1>=x0);
  27. }
  28. /****************************************************************************
  29. * 名称:GUI_RLine()
  30. * 功能:画垂直线。
  31. * 入口参数: x0     垂直线起点所在列的位置
  32. *           y0      垂直线起点所在行的位置
  33. *           y1      垂直线终点所在行的位置
  34. *           color   显示颜色
  35. * 出口参数:无
  36. * 说明:对于单色、4级灰度的液晶,可通过修改此函数作图提高速度,如单色LCM,可以一次更
  37. *      新8个点,而不需要一个点一个点的写到LCM中。
  38. ****************************************************************************/
  39. void  GUI_RLine(uint16_t x0, uint8_t y0, uint8_t y1, uint8_t color)
  40. {
  41.     uint8_t  temp;
  42.     if(y0>y1)       // 对y0、y1大小进行排列,以便画图
  43.     {
  44.         temp = y1;
  45.         y1 = y0;
  46.         y0 = temp;
  47.     }
  48.     do
  49.     {
  50.         OLED_DrawPoint(x0, y0, color);   // 逐点显示,描出垂直线
  51.         y0++;
  52.     }
  53.     while(y1>=y0);
  54. }

  55. /****************************************************************************
  56. * 名称:GUI_Line()
  57. * 功能:画任意两点之间的直线。
  58. * 入口参数: x0                直线起点的x坐标值
  59. *           y0                直线起点的y坐标值
  60. *           x1      直线终点的x坐标值
  61. *           y1      直线终点的y坐标值
  62. *           color        显示颜色(对于黑白色LCM,为0时灭,为1时显示)
  63. * 出口参数:无
  64. * 说明:操作失败原因是指定地址超出有效范围。
  65. ****************************************************************************/
  66. void GUI_Line(uint32_t x0, uint32_t y0, uint32_t x1, uint32_t y1,uint8_t color)
  67. {  
  68.    int32_t   dx;                                                // 直线x轴差值变量
  69.    int32_t   dy;                                  // 直线y轴差值变量
  70.    int8_t    dx_sym;                                        // x轴增长方向,为-1时减值方向,为1时增值方向
  71.    int8_t    dy_sym;                                        // y轴增长方向,为-1时减值方向,为1时增值方向
  72.    int32_t   dx_x2;                                        // dx*2值变量,用于加快运算速度
  73.    int32_t   dy_x2;                                        // dy*2值变量,用于加快运算速度
  74.    int32_t   di;                                                // 决策变量
  75.    
  76.    
  77.    dx = x1-x0;                                                // 求取两点之间的差值
  78.    dy = y1-y0;
  79.    
  80.    /* 判断增长方向,或是否为水平线、垂直线、点 */
  81.    if(dx>0)                                                        // 判断x轴方向
  82.    {  dx_sym = 1;                                        // dx>0,设置dx_sym=1
  83.    }
  84.    else
  85.    {  if(dx<0)
  86.       {  dx_sym = -1;                                // dx<0,设置dx_sym=-1
  87.       }
  88.       else
  89.       {  // dx==0,画垂直线,或一点
  90.          GUI_RLine(x0, y0, y1, color);
  91.                return;
  92.       }
  93.    }
  94.    
  95.    if(dy>0)                                                        // 判断y轴方向
  96.    {  dy_sym = 1;                                        // dy>0,设置dy_sym=1
  97.    }
  98.    else
  99.    {  if(dy<0)
  100.       {  dy_sym = -1;                                // dy<0,设置dy_sym=-1
  101.       }
  102.       else
  103.       {  // dy==0,画水平线,或一点
  104.          GUI_HLine(x0, y0, x1, color);
  105.                return;
  106.       }
  107.    }
  108.    
  109.    /* 将dx、dy取绝对值 */
  110.    dx = dx_sym * dx;
  111.    dy = dy_sym * dy;

  112.    /* 计算2倍的dx及dy值 */
  113.    dx_x2 = dx*2;
  114.    dy_x2 = dy*2;
  115.    
  116.    /* 使用Bresenham法进行画直线 */
  117.    if(dx>=dy)                                                // 对于dx>=dy,则使用x轴为基准
  118.    {  di = dy_x2 - dx;
  119.       while(x0!=x1)
  120.       {  
  121.          OLED_DrawPoint(x0, y0, color);
  122.          x0 += dx_sym;
  123.          if(di<0)
  124.          {  di += dy_x2;                        // 计算出下一步的决策值
  125.          }
  126.          else
  127.          {  di += dy_x2 - dx_x2;
  128.             y0 += dy_sym;
  129.          }
  130.       }
  131.       OLED_DrawPoint(x0, y0, color);                // 显示最后一点
  132.    }
  133.    else                                                                // 对于dx<dy,则使用y轴为基准
  134.    {  di = dx_x2 - dy;
  135.       while(y0!=y1)
  136.       {  
  137.          OLED_DrawPoint(x0, y0, color);
  138.          y0 += dy_sym;
  139.          if(di<0)
  140.          {  di += dx_x2;
  141.          }
  142.          else
  143.          {  di += dx_x2 - dy_x2;
  144.             x0 += dx_sym;
  145.          }
  146.       }
  147.       OLED_DrawPoint(x0, y0, color);                // 显示最后一点
  148.    }
  149. }
然后将ADC例程中的【ADC_Polling】项目相关文件拷贝到项目工程中,主要有【adcx.c】和【adcx.h】文件,最后在函数中实现读取ADC值同时显示OLED就可以了。
  1. vu16 ADCVAL;
  2. float fValue = 0;
  3. float fValue_last = 0;

  4. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  5. /// [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]  This function is main entrance.
  6. /// @param  None.
  7. /// @retval  0.
  8. ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  9. int main(void)
  10. {
  11.     uint8_t x_axis = 0;
  12.     float y_axis = 0;
  13.    
  14.     DELAY_Init();
  15.    
  16.     ADC1SingleChannelInit();
  17.    
  18.         OLED_Init();
  19.         OLED_Clear();
  20.        
  21.    
  22.         OLED_ShowString(16,0,(uint8_t *)"Oscilloscope");// OLED TEST
  23.    
  24.     GUI_Line(0, 17, 127, 17, 1);
  25.     OLED_Refresh_Gram();
  26.        
  27.         while(1)              //无限循环
  28.         {
  29.         
  30.         ADCVAL = GetAdcAverage(5);
  31.         fValue = ((float)ADCVAL / 4095) * 44; //use 3.3V as VDD
  32.         OLED_ShowNum(0, 18, fValue / 44 * 3300, 4, 16);
  33.         
  34.         GUI_Line(x_axis, 64 - fValue_last, x_axis + 1, 64 - fValue, 1);
  35.         fValue_last = fValue;
  36.                 OLED_Refresh_Gram();
  37.         x_axis++;
  38.         y_axis++;
  39.         if(x_axis >= 127)
  40.         {
  41.             x_axis = 0;
  42.             OLED_Fill(0, 18, 127, 63, 0);
  43.         }            
  44.         }
  45. }
这样简易示波器就完成了!
3.演示
先接上OLED屏幕,接线如下图所示。
2.png

图3

接线完成后如下图所示。
3.jpg

图4

给屏幕来个特写,左上角显示的是电压的值,波形显示电压的变化。
4.jpg

图5

4.总结
虽然只用到了IIC和ADC的功能,但是整个设计下来还是需要一些基础的,后续会在这块开发板上扩张其他功能,大家想实现哪些功能可以在下方留言!

源码(放在例程目录下): SimpleOscilloscope.zip (2.82 MB, 下载次数: 13)
weifeng90 发表于 2022-4-6 08:14 来自手机 | 显示全部楼层
这是简易得不能再简易了啊
 楼主| 二哲科技 发表于 2022-4-6 10:39 | 显示全部楼层
weifeng90 发表于 2022-4-6 08:14
这是简易得不能再简易了啊

初版,后续可以换个更大的屏幕~
chenjun89 发表于 2022-4-7 08:25 来自手机 | 显示全部楼层
这已经不能再简易了
王久强 发表于 2022-4-13 11:52 | 显示全部楼层
做的很棒,给想要做迷你示波器的选手开了个好头
littlelida 发表于 2022-4-15 17:15 | 显示全部楼层
采样速率可能差点
tpgf 发表于 2022-5-2 10:36 | 显示全部楼层
波形很流畅啊
wowu 发表于 2022-5-2 11:19 | 显示全部楼层
试验效果真心不错
xiaoqizi 发表于 2022-5-2 11:30 | 显示全部楼层
采样频率能达到多少啊
木木guainv 发表于 2022-5-2 11:38 | 显示全部楼层
代码风格非常简洁啊
磨砂 发表于 2022-5-2 11:47 | 显示全部楼层
波形基本没有毛刺哈
晓伍 发表于 2022-5-2 11:56 | 显示全部楼层
利用率非常高啊
koala889 发表于 2022-5-15 08:03 | 显示全部楼层
换大屏,换高位ADC,加保护
这就是一个真正示波器了
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