STM32数字示波器:源码、硬件设计与上位机软件

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5星 · 超过95%的资源 7 下载量 124 浏览量 更新于2024-11-04 17 收藏 19.38MB RAR 举报
资源摘要信息:"基于STM32的数字示波器设计" 1. STM32微控制器基础 STM32是一种基于ARM Cortex-M系列处理器的32位微控制器。由STMicroelectronics生产,它广泛应用于嵌入式系统开发领域。STM32以其高性能、低功耗和丰富的周边设备而著称。该资源涉及的STM32微控制器用于数字示波器的设计,展示了如何利用其丰富的资源来构建复杂的电子测量设备。 2. 数字示波器设计原理 数字示波器是一种电子测量设备,用于观测电压随时间变化的波形。与传统模拟示波器不同,数字示波器采用数字技术对波形信号进行采集、处理和显示。STM32微控制器内置的ADC(模数转换器)可以将模拟信号转换为数字信号,以便进行进一步的处理和分析。 3. 源代码分析 资源包含了数字示波器的源代码及其注释。代码主要涉及到STM32的固件开发,包括初始化硬件、设置ADC采样、数据处理、通信协议实现等。通过分析源代码,可以了解如何利用STM32的标准库函数或HAL(硬件抽象层)库进行编程,实现数字信号的采集和处理。 4. 硬件设计细节 硬件设计部分包括了数字示波器的电路板设计文件,以及各个子模块的设计文档。硬件设计文档提供了电路设计图和相关说明,例如示波器上层板、AD转换板、耦合衰减电路以及电平平移电路。这些信息对于理解整个示波器的硬件架构和信号处理流程至关重要。 5. 设计文档内容 设计文档中包含了设计过程中的一些关键文档,如增益计算表、浮点数表示方法、示波器的时间表、设计指标以及通信协议。这些文档有助于理解示波器的技术参数和性能指标,为后续的软件和硬件设计提供理论依据。 6. 上位机软件开发 除了STM32的固件代码外,资源还提供了上位机软件的相关文件。上位机软件可以是PC端应用程序,用于与STM32微控制器进行通信、数据接收和波形显示等。文件中的上位机.exe文件是已经编译好的可执行文件,而相关的源代码则允许开发者进行二次开发和自定义。 7. 嵌入式系统开发技能 整个资源体现了嵌入式系统开发的多方面知识。从硬件设计到固件编程,再到上位机软件的开发,每一个环节都需要具备相应的技能。这些技能包括但不限于电路设计、信号处理、编程语言(如C/C++)、嵌入式操作系统(如RT-Thread、FreeRTOS)、PC软件开发(如使用C#、MFC等)。 8. STM32微控制器在测量设备中的应用 STM32微控制器由于其性能与成本的平衡,被广泛应用于各类测量设备中。通过本资源,可以看到如何将STM32应用于设计复杂的测量工具,如数字示波器,并通过编程实现信号的采集、显示和其他高级功能,如数据记录、数据分析等。 9. 资源的应用场景 该资源不仅适用于教育和自学STM32及数字示波器设计的用户,也适用于需要对特定测量设备进行定制开发的工程师。资源中包含的完整设计流程和代码示例可以帮助用户快速上手,学习如何从零开始构建一个实用的数字示波器。 10. 知识点总结 基于STM32的数字示波器设计涵盖了从硬件到软件的广泛知识点。硬件方面涉及电路设计、PCB布局与绘制、信号处理等;软件方面包括微控制器编程、上位机软件开发以及通信协议实现。这一资源不仅展示了STM32在嵌入式系统中的应用,也提供了深入理解和实际操作嵌入式设备设计的机会。
2021-04-19 上传
前言: 是德科技(NYSE:KEYS)-原安捷伦电子测量事业部,是全球电子测量技术和市场的领导者,致力于推动无线通信、模块化和软件解决方案的持续创新,专注于为客户提供卓越的测量体验。是德科技提供的电子测量仪器、系统、软件及服务广泛应用于电子设备的设计、研发、制造、安装、部署和运营。 此次,是德科技为工程师分享了包括示波器、物联网、5G通信、汽车电子等热门领域的技术知识,手把手教会工程师如何通过示波器行之有效的实现相关领域的专业测试测量。 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。 硬件平台: 主控器:STM32F103ZET664K RAM 512K ROM 屏幕器:SSD1963 分辨率:480*272 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 DRT-ULN2003 6.继电器:信号继电器 7.电源:DC +12V 注:芯片的数据手册等信息可以在集成电路查询网站搜索https://www.datasheet5.com/ 芯片询价和在线购买链接https://www.bom2buy.com/ 软件平台: 开发环境:RealView MDK-ARM uVision4.10 C编译器:ARMCC ASM编译器:ARMASM 连机器:ARMLINK 实时内核:UC/OS-II 2.9实时操作系统 GUI内核:uC/GUI 3.9图形用户接口 底层驱动:各个外设驱动程序 数字示波器功能: 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。 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。 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 图形接口: UCGUI 水平扫速: 250 ns*、500ns、1μs、5 μs、10μs、50μs、500 μs、5ms 、50ms 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 被测信号的各种参数屏幕显示,包括频率、电压峰峰值等。 数字示波器性能参数: 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 数字示波器实物视频演示: 实物展示: 上位机截图: 设计心得分享: 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