基于STM32的简易示波器设计

只看该作者 · 2024-6-30 01:04

（1）单片机，选择STM32F407VET6，采用SWD方式仿真及程序烧写。五路独立按键和两个LED指示灯。使用ADC1/通道5/PA5。细见附件原理图。

（2）程控放大电路，使用继电器和运放组成，实现不同放大倍数。如下：

（3）显示面板采用3.2寸TFT液晶屏。使用FSMC接口，9341驱动。

（4）串口通信，用于与上位机通信，实现虚拟示波器功能。

只看该作者 · 2024-6-30 01:05

PCB设计

见下图：

3软件设计

软件大体分为四部分：

（1）软件主体框架，主要包括单片机基本软件部分、LED、按键等功能实现

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168);    //初始化延时函数
LED_Init();                //初始化LED
i=LCD_Init();          //初始化LCD FSMC接口
/*<24C02初始化>*/
AT24CXX_Init();
delay_ms(1);
i=5;
while(i--)
{
      n8tmp=AT24CXX_Check();
      if(n8tmp==0)
      {
         break;
      }
      delay_ms(1);
}
Adc_Init();       //初始化ADC

/*<定时器初始化>*/
TIM5_Int_Init(4-1,21-1);// 0.001ms
UART2_Init(115200);//
// DMA1_Config(DMA1_Stream4,DMA_Channel_4,(u32)&UART4->DR,(u32)BUF4,SENTDATA_LEN2);//串口4DMA发送初始化
DMA1_Config(DMA1_Stream6,DMA_Channel_4,(u32)&USART2->DR,(u32)BUF2,SENTDATA_LEN2);//串口2DMA发送初始化

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程控电路，通过按键控制继电器实现放大倍数变化
      处理部分
if(KEY1==0||KEY2==0||KEY3==0||KEY4==0||KEY5==0)
      {
         BEEP=1;
         delay_ms(10);
         if(KeyDown==0)
         {
         Key_Got=1;
         if(KEY1==0)
         {KEY_NUM=1;
         stimeradd();
         KeyDown=1;
         }
         else if(KEY2==0)
         {KEY_NUM=2;
         KeyDown=1;
         stimersub();
         }
         else if(KEY3==0)
         {KEY_NUM=3;
         OKpchage(1);
         KeyDown=1;
         }
         else if(KEY4==0) {
            KEY_NUM=4;
            OKpchage(0);
            KeyDown=1;
         }
         else if(KEY5==0)
         {KEY_NUM=5;
            spmark=!spmark;
            KeyDown=1;
         }
         else KEY_NUM=0;
         }

      }
      else
      {
         KeyDown=0;
      }

只看该作者 · 2024-6-30 01:06

程控函数：

float Kbc=1;//1.538F;
void OKpchage(u8 ca)
{
static u8 nKv=7;
if(ca)
{
      // 增加每格电压
      if(nKv<7)nKv++;
}
else
{
      if(nKv>0)nKv--;
      // 减小每格电压
}
if(nKv>7)nKv=7;
// 放大倍数控制
if(nKv<3)
{
      if(nKv==0)
      {
         Kpsh=500*Kbc;
      }
      else if(nKv==1)
      {
         Kpsh=250*Kbc;
      }
      else if(nKv==2)
      {
         Kpsh=50*Kbc;
      }
      rK2=1;
      rK3=0;
}
else if(nKv<4)
{
      Kpsh=25*Kbc;
      rK2=1;
      rK3=1;
}
else if(nKv<6)
{
      if(nKv==4)
      {
         Kpsh=12.5F*Kbc;
      }
      else if(nKv==5)
      {
         Kpsh=5*Kbc;
      }
      rK2=0;
      rK3=0;
}
else
{
      if(nKv==6)
      {
         Kpsh=2.5F*Kbc;
      }
      else if(nKv==7)
      {
         Kpsh=1.25F*Kbc;
      }
      rK2=0;
      rK3=1;
}
nSVinx=nKv;
}

只看该作者 · 2024-6-30 01:06

采样控制，控制ADC采样时间，实现不同频率采样

u16 nARR[7]=    {10000 ,5000 ,1000 ,500 ,100 ,10    ,8};
u16 nPSC[7]=    {840    ,840 ,84    ,84    ,84    ,84    ,21};
void stimeradd()
{
if(ideTimr<7) ideTimr++;
if(ideTimr<7)
TIM5_Int_Init(nARR[ideTimr]-1,nPSC[ideTimr]-1);// 0.001ms
else
{
      ideTimr=6;
      micTTT=1;
}
}
void stimersub()
{
if(ideTimr>0) ideTimr--;
if(ideTimr<7)
{
      micTTT=0;
   TIM5_Int_Init(nARR[ideTimr]-1,nPSC[ideTimr]-1);
}

}

只看该作者 · 2024-6-30 01:07

定时器设置：

nARR数组存储了不同频率下的自动重装载寄存器（ARR）值。这个值决定了定时器计数器溢出的周期，间接控制了定时器的周期。
nPSC数组存储了不同频率下的预分频器（PSC）值。预分频器决定了定时器时钟的分频比，进一步影响了定时器的计数频率。
定时器初始化函数：

TIM5_Int_Init(nARR[ideTimr]-1, nPSC[ideTimr]-1)用于初始化定时器TIM5。
TIM5_Int_Init函数的具体实现可能包括设置ARR和PSC寄存器，配置定时器的工作模式和时钟源等。
采样频率控制：

stimeradd()函数用于增加ideTimr变量，从而切换到更高的采样频率。
stimersub()函数用于减少ideTimr变量，从而切换到更低的采样频率。
在切换采样频率时，会调用TIM5_Int_Init重新配置定时器TIM5以更新采样时间间隔。

只看该作者 · 2024-6-30 01:07

LCD驱动、绘图与文字显示软件

void SCU_Refresh()
{
static u8 ntmp1=0;
static int tempstart = 0;
static int tempend = 0;
static int wavenum = 4;
static int jumpwave = 5;
static int nT = 2;

char * P_Char=&gstrltemp[0];
int i,j,k,l;

u16 x,y;
switch (SCUtype)
{

case MainScu2://Home 示波器界面
      {
         //底图
         gDrawRectangle(WHITE,5,5,300,200,1);
         // 仿真曲线
         for(x=0;x<300;x++)
         {
            line1[x]=(u8)(50*sin(0.1*x+ntmp1)+100);
         }
         ntmp1+=2;
         // 测量曲线
         // AdcBuf
         fMax=-80;
         fMin=80;
         for(x=0;x<300;x++)
         {
            ftmp2[x]=(AdcBuf[x]-2048)*Ka2V*Kbcbf[nSVinx]*Kopf[nSVinx]*2;
            if(fMax<ftmp2[x])fMax=ftmp2[x];
            if(fMin>ftmp2[x])fMin=ftmp2[x];
            ftmp=ftmp2[x]*Kpsh;
            if(ftmp>=98.00F)ftmp=98.0F;
            else if(ftmp<=-98.00F)ftmp=-98.0F;

            line1[x]=(u8)(ftmp+100+5);//0.04885197850512945774303859306302
               if(micTTT)  line1_f[x]= line1[x];
         }
         if(micTTT)
         {
            // memcpy(line1_,line1,300);
            for(x=0;x<60;x++)
            {
                  line1[x*5]=line1_f[x];
                  line1[x*5+1]=line1_f[x]+(u8)((line1_f[x+1]-line1_f[x])*0.2F);
                  line1[x*5+2]=line1_f[x]+(u8)((line1_f[x+1]-line1_f[x])*0.4F);
                  line1[x*5+3]=line1_f[x]+(u8)((line1_f[x+1]-line1_f[x])*0.6F);
                  line1[x*5+4]=line1_f[x]+(u8)((line1_f[x+1]-line1_f[x])*0.7F);
            }
         }
         fVpp=(fMax-fMin);//Kopf[nSVinx]*
         fAveV=(fMax+fMin)*0.5F;
         // 频率计算
         for(i=0;i<300;i++)
         {
            ftmp2[i]=ftmp2[i]-fAveV;
         }
         j=0;
         tempend =tempstart=0;
         for(i=0;i<299;i++)
         {
            if((ftmp2[i]<=0)&&(ftmp2[i+1]>=0)||(ftmp2[i]>=0)&&(ftmp2[i+1]<=0))
            {
                  if (j == 0) tempstart = i;
                  else if (j == 1)
                  {
                     k = i - tempstart;
                     if (k > 150) break;
                     wavenum = 150 / k;
                     if (wavenum % 2 == 1) wavenum += 1;
                     if (k < 10)
                     {
                        tempend = 0;
                        break;
                     }
                     if (k < 20) jumpwave = k / 4;
                  }
                  j = j + 1;
                  if (j > wavenum)
                  {
                     tempend = i;
                     break;
                  }
                  i = i + jumpwave;
            }
         }
         if (tempend - tempstart > 0)
         {
            CYcyc=cycyc[ideTimr];
            cycle = ((tempend - tempstart) * CYcyc) * 2 / wavenum;//um  一共wavenum/2 个周期
            freq = 1 / cycle;

         }
         else
         {
            cycle = -1;
            freq = -1;
         }
         if(lineMod)
         {
            for(i=1;i<299;i++)
            {
                  Gui_DrawLine(i+5,line1o[i],i+6,line1o[i+1]+3,BLACK);
            }
            memcpy(line1o,line1,300);
            //绘制曲线
            for(i=1;i<299;i++)
            {
                  Gui_DrawLine(i+5,line1o[i],i+6,line1o[i+1]+3,GREEN);
            }
         }
         else
         {
            for(i=1;i<299;i++)
            {
                  LCD_Fast_DrawPoint(i+5,line1o[i]+6,BLACK);
                  // y=
                  // gDrawLine
            }
            memcpy(line1o,line1,300);
            //绘制曲线
            for(i=1;i<299;i++)
            {
                  LCD_Fast_DrawPoint(i+5,line1[i]+6,GREEN);
                  // y=
                  // gDrawLine
            }
         }
         gDrawLeVeLine(DGRAY,155,5,155,205,1);
         gDrawLeVeLine(DGRAY,5,103,305,103,1);
         for(i=0;i<4;i++)
         {
            for(j=0;j<6;j++)
            {
                  if(i<2)
                  {
                     x=155-(i+1)*50;
                     if(j<3)
                     {
                        y=105-(j+1)*25;
                     }
                     else
                     {
                        y=105+(j-2)*25;
                     }
                  }
                  else
                  {
                     x=155+(i-1)*50;
                     if(j<3)
                     {
                        y=105-(j+1)*25;
                     }
                     else
                     {
                        y=105+(j-2)*25;
                     }
                  }
                  LCD_Fast_DrawPoint(x,y,LGRAY);
            }
         }
         if(micTTT)
         gDrawString(BLUE,0,0,210,40,16,16," 20us");
         else
         gDrawString(BLUE,0,0,210,40,16,16,strts[ideTimr]);
         // strV u8 nSVinx=0;
         gDrawString(MAGENTA,0,45,210,40,16,16,strV[nSVinx]);
         gDrawString(LGRAY,0,95,210,24,12,12,"Vpp:");
         sprintf(P_Char,"% 6.2fV",fVpp);
         gDrawString(BLUE,0,120,210,56,16,16,P_Char);
         if(freq<0.0001F)
         {
            gDrawString(MAGENTA,0,180,210,64,16,16," ---.-Hz");
            gDrawString(BLUE,0,245,210,64,16,16," ---.-ms");
         }
         else if(freq<1000)
         {
            sprintf(P_Char,"% 6.2fHz",freq);
            gDrawString(MAGENTA,0,180,210,64,16,16,P_Char);
            sprintf(P_Char,"% 6.1fms",1000/freq);
            gDrawString(BLUE,0,245,210,72,16,16,P_Char);
         }
         else
         {
            freq=freq*0.001F;
            sprintf(P_Char,"% 6.2fKHz",freq);
            gDrawString(MAGENTA,0,180,210,64,16,16,P_Char);
               sprintf(P_Char,"% 6.0fus",1000/freq);
            gDrawString(BLUE,0,245,210,72,16,16,P_Char);
         }
      }
      break;

default:
      SCUtype=MainScu;
      break;
}
}

只看该作者 · 2024-6-30 01:07

电压测量及组合表

AD输入电压范围 ±1.65V

检测电压范围 ±66V

硬件放大倍数    0.5             0.25          0.05          0.025

继电器控制组合    rk2=1,rk3=0;    rk2=1,rk3=1; rk2=0,rk3=0; rk2=0,rk3=1;

硬件放大倍数档位 0.5             0.25          0.05          0.025

显示范围       200mv 400mv  2V    4V       8V 20V    40V 80V

测量范围       ±3.3             ±6.6       ±33          ±66

每格电压       50mv  100mv  500mv  1V    2V 5V       10V 20V

表显1V电压点数    500 250 50    25    12.5 5       2.5 1.25

显示倍数Kps：

  0.5V 1V 2V    10V 40V  //每小格电压每小格25个像素点上下各4格