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从朋友得知ST公司在搞活动，可以申请STM32F429的探索套件，作为穷学生一枚的我不免动了心。大二上学期参加完全国大学生电子设计竞赛之后闲来无事，就自己做了一个数字示波器来作为学习STM32的实战检验，前后花费了大概1个月的时间完成了初稿，之后又断断续续的完善我的示波器，并且为它编写了上位机程序和制定了通信协议。使用了前端程控模拟电路和上层电路板，uCOS-II，uCGUI，FFT，SD，上位机等等，现在因为参加老师的项目研发也就暂时闲置了下来，之前就打算在各大论坛开源，但是一直没有时间整理设计文档，恰巧现在ST公司这个活动，所以就全部开源分享给大家吧，一起学习。下一步计划重新设计模拟电路部分使用CPLD和高速AD实现更高的采样率。 由于程序量比较大，所以在程序中我完成了大量的注释，详细的说明了具体的实现方法，其中的示波器原理和FFT原理请自己查阅相关教材。我个人认为最值得参考的就是如何制定一个效率较高的通信协议。我查阅了很多资料最后结合实际设计了一套通信协议，这套通信协议效传输速率理论最大可达16000bps,实际采用10666bps速率传输。协议的编码、解码算法的详细说明附在附件中。随着程序量的增加，F103也渐渐感到比较吃力了，其中FFT的运算就是典型代表，也希望借此机会申请到F429带DSP指令的MCU来进一步提高示波器的性能。 限于目前的知识水平，这套示波器是实践大于理论的产物，其中很多设计存在先天的不足，以后会继续改进，向更高性能迈进。
设计指标： 主控: STM32F103ZET6 液晶屏: 4.3寸TFT480×272 65K彩色LCD显示屏 FSMC AD: 12位1MHz采样率 最高实时取样率： 1MSa/s 12Bits 取样缓冲器深度： 5K 垂直灵敏度： 5V，1V，500mV,200mV,100mV,50mV,20mV,10mV; 水平时基范围：2S,1S,500mS,200mS,100mS,50mS,20mS,10mS,5mS,2mS,1mS,500uS,200uS,100uS,50uS,20uS,10uS,5uS,2uS,1uS 输入阻抗： ≥1MΩ 最高输入电压： 30Vpp 耦合方式： AC/DC 触发功能： 实现自动、常规、单次触发方式 ,上升或下降边沿触发 参数计算： 频率、周期、占空比、交流峰-峰值、平均值、光标追踪显示 RUN/STOP
功能： 1、波形发生器：使用STM32一路DA实现正弦，三角波，方波，白噪声输出。 任意一种波形幅值在0-3.3V任意可调、频率在一定范围任意可调、方波占空比可调。调节选项可以通过触摸屏完成设置。 2、SD卡存储： SD卡波形存储输出，能够对当前屏幕截屏，以JPG格式存储在SD卡上。能够存储1S内的波形数据，可以随时调用查看。 3、数据传输： 用C#编写上位机，通过串口完成对下位机的控制。（1）实现STOP/RUN功能（2）输出波形电压、时间参数（3）控制截屏（4）控制波形发生器（5）控制完成FFT（6）波形的存储和显示 4、图形接口： UCGUI 2、水平扫速： 250 ns*、500ns、1μs、5 μs、10μs、50μs、500 μs、5ms 、50ms 3、垂直电压灵敏度：10mV/div, 20mV/div, 50mV/div, 0.1V/div, 0,2V/div, 0.5V/div, 1V/div, 2V/div, 5V/div 4、被测信号的各种参数屏幕显示，包括频率、电压峰峰值等。
这是上位机的程序
测试时候的照片
测试正弦波
PCB
模拟电路板
侧面的照片
源代码的注释
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- /*---------------------------------------------------------
- ADC配置驱动程序
- 说明: 示波器AD采样配置,经过初步测试,AD采样速率为1.286M
- 正弦波最大不失真测量频率300kHz
- 三角波最大不失真测量频率150kHz
- 矩形波最大不失真测量频率100kHz
- 时间: 2013年11月19日
- ---------------------------------------------------------*/
- #include "stm32f10x.h"
- #include "adc.h"
- #include "oscilloscope.h"
- #include "ucos_ii.h"
- #include "tft_api.h"
- /*-----------------------------------------
- 声明变量
- ------------------------------------------*/
- extern WaveType WaveInfo;
- extern WaveMode WaveCtrl;
- volatile u16 ADCConvertedValue[SAMPDEPTH];//AD转换缓冲区,占用RAM 0.8KB
- /*-----------------------------------------
- ADC1端口初始化
- ------------------------------------------*/
- void ADC1_GPIO_Init(void)
- {
- GPIO_InitTypeDef IO_Init;
- RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
- RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
- //C1模拟输入
- IO_Init.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
- IO_Init.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
- GPIO_Init(GPIOC,&IO_Init);
- }
- /* #define ADC1_DR_Address ((unsigned int)0x40012400+0x4c) */
- /* unsigned short int ADC1_DMA_Value; */
- /*--------------------------------------------------
- 函数说明:配置ADC1完成AD采集,是本示波器最核心的部分.
- 配置方案:ADC1由TIM3提供的触发事件进行触发AD转换,控
- 制TIM3的速率就可以完成采样率的改变.同时采
- 用DMA完成数据传输,注入通道1完成内部温度传
- 感器AD采集.
- --------------------------------------------------*/
- void ADC1_Mode_Config(void)
- {
- //配置DMA
- DMA_InitTypeDef DMA_csh;
- ADC_InitTypeDef ADC_csh;
- TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
- NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
- DMA_DeInit(DMA1_Channel1); //DMA复位,通道1
- DMA_csh.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; //ADC1地址
- DMA_csh.DMA_MemoryBaseAddr = (unsigned int)ADCConvertedValue; //内存地址
- DMA_csh.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
- DMA_csh.DMA_BufferSize = SAMPDEPTH; //缓冲大小为采样深度
- DMA_csh.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址固定
- DMA_csh.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存地址自增
- DMA_csh.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;
- DMA_csh.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord;
- DMA_csh.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环传输
- DMA_csh.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA优先级高
- DMA_csh.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
- DMA_Init(DMA1_Channel1,&DMA_csh); //写入DMA1配置参数
- DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE); //使能DMA1通道1
- DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_TC,ENABLE); //使能DMA CH1中断
- NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
- NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
- NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
- //配置TIM3工作在18MHz,为AD提供触发
- RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
- TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1;
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 99; //工作在18M，每格最大值时，不至于溢出
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
- TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure);
- TIM_SelectOutputTrigger(TIM3,TIM_TRGOSource_Update); //使用TIM3事件更新作为ADC触发
-
- //配置ADC
- ADC_csh.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //独立ADC模式
- ADC_csh.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //关闭扫描模式
- ADC_csh.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //连续AD转换开启
- ADC_csh.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; //由TIM3提供的触发事件进行触发AD转换
- ADC_csh.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //数据右对齐
- ADC_csh.ADC_NbrOfChannel = 1; //要转换的通道数目1
- ADC_Init(ADC1,&ADC_csh); //写入ADC1配置参数
- ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_11,1,ADC_SampleTime_1Cycles5);//采样速率1M
- ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE); //使能ADC1 DMA
- ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1,ENABLE); //打开ADC1外部触发
-
- ADC_InjectedChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_16,1,ADC_SampleTime_239Cycles5); //配置ADC1通道16为注入通道1
- ADC_ExternalTrigInjectedConvConfig(ADC1,ADC_ExternalTrigInjecConv_None); //软件触发注入通道的转换
- ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //使能温度传感器
- ADC_Cmd(ADC1,ENABLE); //使能ADC1
- ADC_ResetCalibration(ADC1); //复位校准寄存器
- while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准寄存器复位完成
- ADC_StartCalibration(ADC1); //开始校准
- while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准完成
- TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
- }
- /*-----------------------------------------
- 函数说明:通过注入通道1转换内部温度传感器
- AD值,读取10次有效数据取平均返回
- ------------------------------------------*/
- u16 GetTempSensor(void)
- {
- u16 temp=0,i,k=0;
- for(i=0; i<10; )
- {
- ADC_SoftwareStartInjectedConvCmd(ADC1,ENABLE); //软件触发注入通道的转换
- k = (0x6EE - ADC_GetInjectedConversionValue(ADC1,ADC_InjectedChannel_1)) / 0x05 + 25;
- if(k>0 && k<100)
- {
- temp += k;
- i++;
- }
- }
- temp /= 10;
- return temp;
- }
- /*-----------------------------------------
- 函数说明:ADC1初始化
- ------------------------------------------*/
- void ADC1_Init(void)
- {
- ADC1_GPIO_Init();
- ADC1_Mode_Config();
- }
- /*-----------------------------------------
- 函数说明:ADC传输DMA通道1中断服务程序
- DMA把AD值传输到缓冲区完成后关闭定
- 时器3(作为触发AD转换的定时器)同时
- 置更新完成标志位为1,开定时器3在应
- 用中开启.
- ------------------------------------------*/
- void DMA1_Channel1_IRQHandler()
- {
- OSIntNesting++;
- DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1); //清除DMA传输完成中断
- TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); //关闭TIM3
- WaveCtrl.UpdatTrue = 1; //已经完成一次波形FIFO,可以批量读出数据
- OSIntExit();
- }
- /*-----------------------------------------
- 函数说明:擦除AD缓冲区
- ------------------------------------------*/
- void Earse_AD_FIFO(void)
- {
- uint32_t i;
- for(i=0; i<sampdepth; i++)
- {
- ADCConvertedValue[i] = 0;
- }
- }
- /*------------------------------------------------------------------------------------
- STM32示波器
- 硬件平台:
- 主控器: STM32F103ZET6 64K RAM 512K ROM
- 屏幕器: SSD1963
- 分辨率: 480x272 16位色
- 触摸屏: TSC2046
- 模拟电路: OP - TL084
- OP - u741
- SW - CD4051
- CMP - LM311
- PWR - LM7805
- - LM7905
- - MC34063
- - AMS1117-3.3
- DRI - ULN2003
- 继电器：信号继电器
- 电源: DC +12V
- 软件平台:
- 开发环境: RealView MDK-ARM uVision4.10
- C编译器 : ARMCC
- ASM编译器:ARMASM
- 连接器: ARMLINK
- 实时内核: uC/OS-II 2.90实时操作系统
- GUI内核 : uC/GUI 3.90图形用户接口
- 底层驱动: 各个外设驱动程序
-
- ROM Size = Code + RO-data +RW-data
- RAM Size = RW-data + ZI-data
- Program Size: Code=56024 RO-data=8272 RW-data=256 ZI-data=29912
-
- 时间: 2013年11月9日 BoX编写于大二上学期
-
- 版本: V1.0 - 2013/11/9
- V1.1 - 2014/2/8
- V3.0 - 2014/2/19
- -------------------------------------------------------------------------------------*/
- #include "stm32f10x.h"
- #include "ucos_ii.h"
- #include "app.h"
- #include "GUI.h"
- #include "usart1.h"
- #include "pincfg.h"
- #include "delay.h"
- #include "tft_api.h"
- #include "dac.h"
- #include "adc.h"
- #include "iwdg.h"
- #include "timer.h"
- #include "EXTI.H"
- #include "oscilloscope.h"
- #include "indkey.h"
- #include "tsc2046.h"
- #include "task_rtc.h"
- #include "task_gui.h"
- #include "task_sd.h"
- /*-----------------------------------------
- 声明起始任务栈
- ------------------------------------------*/
- OS_STK Task_Start_Stk[TASK_START_STK_SIZE];
- /*-----------------------------------------
- 因为涉及到对共享资源的访问,创建互斥信号量
- ------------------------------------------*/
- OS_EVENT *LCD_Buffer_MUTEX;
- OS_EVENT *USART_Buffer_MUTEX;
- OS_EVENT *SDtoRAM_Buffer_MUTEX;
- /*-----------------------------------------
- 主 函 数
- ------------------------------------------*/
- int main(void)
- {
- INT8U err;
- SystemInit(); //初始化RCC时钟
- OSInit();
-
- LCD_Buffer_MUTEX = OSMutexCreate(4,&err); //创建3个共享资源互斥信号量
- USART_Buffer_MUTEX = OSMutexCreate(4,&err);
- SDtoRAM_Buffer_MUTEX = OSMutexCreate(4,&err);
-
- OSTaskCreate(Task_Start,(void *)0,&Task_Start_Stk[TASK_START_STK_SIZE-1],TASK_START_PRIO); //起始任务
-
- OSStart();
- }
- /*-------------------------------------------------------------------------------
- 函数功能:初始化各种外设
- 说 明:因为跑操作系统,所以外设的初始化应该放在操作系统的初始任务中完成,不能
- 在while(1)循环外部完成外设的初始化工作,否则操作系统可能无法启动.
- 本函数在app.c中被调用
- -------------------------------------------------------------------------------*/
- void BSP_Init(void)
- {
- OS_CPU_SR cpu_sr = 0u;
- OS_ENTER_CRITICAL();
- DelayInit(); //初始化延时
- PinCfg(); //外部器件控制配置
- FSMC_LCD_Init(); //FSMC总线配置
- GUI_Init(); //初始化UCGUI界面
- TSC2046_Config(); //初始化触摸控制器
- USART1_Config(); //初始化串口
- DAC_Config(); //初始化DAC1
- ADC1_Init(); //初始化ADC1
- EXTI_Config(); //初始化外部中断
- Key_EXTI_Config(); //初始化按键中断
- TIM5_Config(1999,71); //TIM5以1MHz频率计数,每2ms溢出中断
- // TIM4_Config(59999,71); //TIM4以1MHz频率计数,每60ms溢出中断
- RTC_Init(); //初始化RTC
- // SD_Init();
- JDQ_ACDC = 1; //交流耦合
- ManualGainScan(3); //调试用
- IWDG_Init(4,625); //喂狗时间为1000ms
- OS_EXIT_CRITICAL();
- }
由于完整程序包较大，完整程序包可到百度网盘下载，下载链接在附件里
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