基于STM32的简易示波器设计
疫情期间闲来无事，正好学习STM32F407，因此设计、制作了简易示波器，以助学习。长话短说方案如下：
（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。
2、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2delay_init(168); //初始化延时函数LED_Init(); //初始化LEDi=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);// 0.001msUART2_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
（2）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;}
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;
}
（3）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);// 0.001mselse{ideTimr=6;micTTT=1;}
}
void stimersub()
{if(ideTimr>0) ideTimr--;if(ideTimr<7){micTTT=0;TIM5_Int_Init(nARR[ideTimr]-1,nPSC[ideTimr]-1);}}
（4）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// AdcBuffMax=-80;fMin=80;for(x=0;x<300;x++){ftmp2[x]=(AdcBuf[x]-2048)*Ka2V*Kbcbf[nSVinx]*Kopf[nSVinx]*2;if(fMaxftmp2[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);//0.04885197850512945774303859306302if(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");elsegDrawString(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;}
}
4、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
附录：
1、原理图与PCB：
https://download.csdn.net/download/w267309080/88292915?spm=1001.2014.3001.5501
2、程序源代码
https://download.csdn.net/download/w267309080/88294446
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