基于STM32的USB虚拟示波器设计与数据通信实现

本篇文档主要介绍了基于STM32F103x微控制器的USB数据采集器驱动下的虚拟示波器设计。STM32F103x是一款由意法半导体公司开发的32位微处理器，以其Cortex-M3内核作为核心，被应用于虚拟示波器的硬件构建中。USB（Universal Serial Bus）作为一种通用串行总线接口，被用来实现上位机（通常是指PC或其他设备）与下位机（STM32微控制器）之间的高效通信。 首先，USB外接电路部分强调了USB的特性，如支持同步传输、挂起/恢复操作、CRC校验、RZ编码/解码等，以及帧锁定时脉冲的生成。STM32的电路设计中，D+线有一个1.5K的上拉电阻，表明该设备使用FS（Full Speed）模式进行数据采集。此外，虽然STM32内置的是FS PHY，但外部电路包括供电引脚、数据传输引脚（2、3号）以及地线（4、5号），这些构成了基本的数据传输路径。值得注意的是，由于缺少USB_Disconnected引脚，设备的连接与断开状态不能自动检测，需人工控制。 在软件结构方面，采用分层架构，使得无论是遵循CDC标准设备类还是自定义设备类的开发都能保持一致性。底层的USB通信协议实现是关键，利用STM32的ADC功能进行数据采集，并通过USB接口进行传输。上位机如LabVIEW则负责接收和处理这些数据，通过信号处理模块对采集到的信号进行分析和显示，从而实现实时波形显示和存储。 虚拟示波器设计的目标是提供一种低成本、易于使用且功能丰富的解决方案，弥补了国内虚拟仪器在性能上的不足，有助于普及测量技术，降低高端测量设备的门槛，同时解决经费有限的机构使用传统示波器的限制。设计的核心在于利用STM32的USB接口进行数据传输，结合LabVIEW的强大信号处理能力，实现双通道波形的实时显示和存储，以及通道设置、增益调整等功能。 总结起来，这篇文档讲述了如何利用STM32F103x的USB接口和ADC功能，配合LabVIEW软件，设计一个具备实用性和成本效益的虚拟示波器，这在教育和科研领域具有重要意义。