基于stm32的示波器.docx

1、基于stm32的示波器 做一个数字采样示波器一直是我长久以来的愿望，不过毕竟这个目标难度比较大，涉及的方面实在太多，模拟前端电路、高速ADC、单片机、CPLD/FPGA、通讯、上位机程序、数据处理等等，不是一下子就能成的，慢慢一步步来呗，呵呵，好歹有个目标，一直在学习各方面的知识，也有动力：）由于高速ADC涉及到采样后的数据存储问题，大量的数据涌入使得单片机无法承受，因此通常需要用外部高速RAM加CPLD配合，或者干脆用大容量的FPGA做数据存储处理等，然后通知单片机将数据发送出去。这部分实在是难度比较大，电路非常复杂，自己是有心无力啊，还得慢慢地技术积累。正好ST新推出市场的以CORTEX-

2、M3为核心的STM32，内部集成了2个1Msps 12bit的独立ADC，并且内部高达72MHZ的主频，高达1.25DMIPS/MHZ的处理速度，高速的DMA传输功能，灵活强大的4个TIMER等等，这些真是非常有吸引力，何不用它来实现一个低频的数字示波器功能呢，我的目标是暂时只要定量定性地分析20KHZ以下的低频信号就行了，目标不高吧，用STM32可以方便地实现，等有了一定经验之后慢慢再用FPGA和高速ADC搞个100Msps采样的示波器！1、ADC转换：STM32增强型芯片内置的2个独立ADC，可以有16个通道，并且2个通道可以并行的同步采样，触发方式很灵活，可以通过TIMER以及外部电平等

3、方式触发，并行方式下ADC2自动同步于ADC1；ADC在最高速采样的时候需要1.5+12.5个ADC周期，在14M的ADC时钟下达到1Msps的速度，因为我主频是72M所以4分频后稍微高了点，18MHZ的ADC时钟，采样速度应该高于1M了。ADC 采样2路同时采样方式，用TIM2 CC2来生成时钟信号触发ADC来实现指定频率的采样。ADC1/ADC2采样的结果是一个word2、采样频率控制：由于STM32内部的4个TIMER非常强大，每个TIMER又有4个通道，再加上独立的预分配器，实际上可以实现任意分频，因此用TIM2 CC2来产生指定频率的时钟，用来触发ADC1连续采样。3、采样数据传输及

4、每次采样深度控制：ADC产生的转换数据通过高速DMA 通道1来传输置指定的内部RAM中，并且将DMA通道一设置成最高优先级，以保证数据准确，并且用DMA每次传输的个数来控制采样的深度，例如我要采集100个点那么就设置DMA传输100个次，每次从32位ADC转换寄存器传输一个word到RAM中，等完成了100次传输后，DMA通道自动停止（实际上ADC是一直按照要求的采样频率连续在后台采样，只是我去取数据而已），下次采集的时候我只要再设置下采样的个数使能DMA CHANNEL1就行了。4、与上位机通讯：通讯也是个难题，要达到快速地将大量数据发给上位机的目的，传输的速率肯定低不了，开始我想先用串口，

5、不过很快就放弃了，一则即使我用外部USB转串口的芯片最高也只能达到1M的速度，并且数据会丢失； 后来还是采用了网络传输的方式，用SPI 接口的ENC28J60芯片，这个芯片我在MEGA32和AT91SAM7S64上都用过，接口简单挺方便的，速度还可以，在SAM7S64上DMA凡是用UDP协议单向发送的速度可以达到400KB/S以上，这次用了STM32发现速度大增，经过我用STM32的DMA传输后，同样UDP协议单向发速度竟然达到了500KB/S以上，甚至最高可以达到600KB/S，这个真是意外的收获。5、上位机程序：还是用VS2005，我还是喜欢用C#，主要是微软的C#做得是在太舒服了，编辑器

6、智能化程度真高，缺点就是程序执行时候CPU利用率要高点，。波形显示还是用NI的measurementStudio8来实现，一个是漂亮方便，另外最要紧的就是MeasurementStudio8里面有一大堆数据处理的库，从简单的波形有效值计算，频率计算，到各种各样的函数滤波器功能，还有FFT频域分析，时域分析等等，但凡要用到的仪器相关处理里面都有，另外本来我打算要在模拟前端里面加一个相位锁定的电路，以固定显示的波形起点，后来发现MeasurementStudio8里面有个PeakDetector的类，用这个来实现波形的锁定连这个电路都可以省了。用MeasurementStudio8来实现实在是非常

7、方便，并且准确。只是我没啥资料，还在探索当中ENC28J60网络子卡以及自己DIY的信号发生器照片，下面的绿板子是STM32的评估板 数据采样后输出到PC上显示的图形很精确，包括MAX038产生的正弦波上部的小尖峰也很清楚，STM32的ADC精度很稳定性相当好，对于音频范围的低频信号来说，1Msps的采样也基本够用了。只要采集足够的点送给measurementsudio提供的函数来分析，可以达到非常精确的程度，12BIT的分辨率相当于数字表的3位半的效果，用来测试信号的频率、真有效值、峰值、峰峰值等等非常方便和精确，和我用硬件实现的频率计和真有效值的读数相同（这也说明了我做的信号发生器的硬件是

8、准确的，哈哈，之前跟数字表总对不上，看来是数字表准确度差），实现完全可以当作低频示波器来用，再加上个模拟前端电路，完全可以实用化了上位机的程序还处在对于measuremenStudio的摸索当中，只是初步了解到了几个函数，用它来实现数据处理实在是方便，lookpublic void DataReceived_Proc() /UDP数据接收、数据处理、数据显示函数trywhile (bStates)myudpcomm.Receive(ref CommReceiveBuffer);Received_Command = Bytes2Struct(ref CommReceiveBuffer);/tex

9、tBox3.Text = Received_Command.SampleRate.ToString() + (acEstimate+).ToString();dADC1_Result = new doubleReceived_Command.SampleDepth;dADC2_Result = new doubleReceived_Command.SampleDepth;/数据处理，将通讯接收区中的ADC数据传入绘图用数组中for (int i = 0; i (int)(Received_Command.SampleDepth); i+)dADC1_Resulti = (BitConverte

10、r.ToUInt16(CommReceiveBuffer, 40 + 4 * (i + 0) * (3.3 / 4096.0);dADC2_Resulti = (BitConverter.ToUInt16(CommReceiveBuffer, 40 + 4 * (i + 0) + 2) * (3.3 / 4096.0);str = 通道A(绿色)rn;/测试真有效值Measurements.ACDCEstimator(dADC1_Result, out acEstimate, out dcEstimate);/交流(AC方式相当于信号通过一个电容隔直后进行测量)和直流(DC直通方式进行测量)真

11、有效值测量str += AC方式有效值： + (int)(acEstimate * 1000).ToString() + mV + DC方式有效值 + (int)(dcEstimate * 1000).ToString() + mVrn;/测试信号频率、振幅VpmySingleToneInformationADC1 = new SingleToneInformation(dADC1_Result, Received_Command.SampleRate);str += 频率： + (int)(acEstimate * 1000)=0 ? 0:(int )mySingleToneInformat

12、ionADC1.Frequency).ToString() + Hz + 振幅Vp： + (int )mySingleToneInformationADC1.Amplitude*1000).ToString() + mVrn;str += rn通道B(红色)rn;/测试真有效值Measurements.ACDCEstimator(dADC2_Result, out acEstimate, out dcEstimate);/交流(AC方式相当于信号通过一个电容隔直后进行测量)和直流(DC直通方式进行测量)真有效值测量str += AC方式有效值： + (int)(acEstimate * 100

13、0).ToString() + mV + DC方式有效值 + (int)(dcEstimate * 1000).ToString() + mVrn;/测试信号频率、振幅VpmySingleToneInformationADC2 = new SingleToneInformation(dADC2_Result, Received_Command.SampleRate);str += 频率： + (int)(acEstimate * 1000) = 0 ? 0 : (int)mySingleToneInformationADC1.Frequency).ToString() + Hz + 振幅Vp：

14、 + (int)mySingleToneInformationADC1.Amplitude * 1000).ToString() + mVrn;textBox3.Text = str;/ThresholdPeakDetector.Analyze用来找出从波谷到波峰上升沿顶点的数组序号/可以用于固定显示波形从上升沿的某固定点开始，相当与硬件的同步触发电路功能/b = ThresholdPeakDetector.Analyze(dADC2_Result, 2, 10);/foreach (int k in b)/textBox3.Text += k.ToString() + ;/for (int i = 0; i CCR &= (1IFCR |= 0x0000000F;/清除CHANNEL1的4个标志DMA_Channel1-CNDTR = (u16)Transfer_ReceiveData_Buffer.InWord.SampleDepth;/重新设置要设置的DMA传输数据量DMA_Channel1-CCR |= (1ISR & DMA_FLA