【MCU實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)】STM32 數(shù)字示波器 從朋友得知ST公司在搞活動(dòng)，可以申請(qǐng)STM32F429的探索套件，作為窮學(xué)生一枚的我不免動(dòng)了心。大二上學(xué)期參加完全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽之后閑來(lái)無(wú)事，就自己做了一個(gè)數(shù)字示波器來(lái)作為學(xué)習(xí)STM32的實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，前后花費(fèi)了大概1個(gè)月的時(shí)間完成了初稿，之后又?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)的完善我的示波器，并且為它編寫(xiě)了上位機(jī)程序和制定了通信協(xié)議。使用了前端程控模擬電路和上層電路板，uCOS-II，uCGUI，FFT，SD，上位機(jī)等等，現(xiàn)在因?yàn)閰⒓永蠋煹捻?xiàng)目研發(fā)也就暫時(shí)閑置了下來(lái)，之前就打算在各大論壇開(kāi)源，但是一直沒(méi)有時(shí)間整理設(shè)計(jì)文檔，恰巧現(xiàn)在ST公司這個(gè)活動(dòng)，所以就全部開(kāi)源分享給大家吧，一起學(xué)習(xí)。下一步計(jì)劃重新設(shè)計(jì)模擬電路部分使用CPLD和高速AD實(shí)現(xiàn)更高的采樣率。 由于程序量比較大，所以在程序中我完成了大量的注釋?zhuān)敿?xì)的說(shuō)明了具體的實(shí)現(xiàn)方法，其中的示波器原理和FFT原理請(qǐng)自己查閱相關(guān)教材。我個(gè)人認(rèn)為最值得參考的就是如何制定一個(gè)效率較高的通信協(xié)議。我查閱了很多資料最后結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)了一套通信協(xié)議，這套通信協(xié)議效傳輸速率理論最大可達(dá)16000bps,實(shí)際采用10666bps速率傳輸。協(xié)議的編碼、解碼算法的詳細(xì)說(shuō)明附在附件中。隨著程序量的增加，F103也漸漸感到比較吃力了，其中FFT的運(yùn)算就是典型代表，也希望借此機(jī)會(huì)申請(qǐng)到F429帶DSP指令的MCU來(lái)進(jìn)一步提高示波器的性能。 限于目前的知識(shí)水平，這套示波器是實(shí)踐大于理論的產(chǎn)物，其中很多設(shè)計(jì)存在先天的不足，以后會(huì)繼續(xù)改進(jìn)，向更高性能邁進(jìn)。
設(shè)計(jì)指標(biāo)： 主控: STM32F103ZET6 液晶屏: 4.3寸TFT480×272 65K彩色LCD顯示屏 FSMC AD: 12位1MHz采樣率 最高實(shí)時(shí)取樣率： 1MSa/s 12Bits 取樣緩沖器深度： 5K 垂直靈敏度： 5V，1V，500mV,200mV,100mV,50mV,20mV,10mV; 水平時(shí)基范圍：2S,1S,500mS,200mS,100mS,50mS,20mS,10mS,5mS,2mS,1mS,500uS,200uS,100uS,50uS,20uS,10uS,5uS,2uS,1uS 輸入阻抗： ≥1MΩ 最高輸入電壓： 30Vpp 耦合方式： AC/DC 觸發(fā)功能： 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、常規(guī)、單次觸發(fā)方式 ,上升或下降邊沿觸發(fā) 參數(shù)計(jì)算： 頻率、周期、占空比、交流峰-峰值、平均值、光標(biāo)追蹤顯示 RUN/STOP
功能： 1、波形發(fā)生器：使用STM32一路DA實(shí)現(xiàn)正弦，三角波，方波，白噪聲輸出。 任意一種波形幅值在0-3.3V任意可調(diào)、頻率在一定范圍任意可調(diào)、方波占空比可調(diào)。調(diào)節(jié)選項(xiàng)可以通過(guò)觸摸屏完成設(shè)置。 2、SD卡存儲(chǔ)： SD卡波形存儲(chǔ)輸出，能夠?qū)Ξ?dāng)前屏幕截屏，以JPG格式存儲(chǔ)在SD卡上。能夠存儲(chǔ)1S內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)調(diào)用查看。 3、數(shù)據(jù)傳輸： 用C#編寫(xiě)上位機(jī)，通過(guò)串口完成對(duì)下位機(jī)的控制。（1）實(shí)現(xiàn)STOP/RUN功能（2）輸出波形電壓、時(shí)間參數(shù)（3）控制截屏（4）控制波形發(fā)生器（5）控制完成FFT（6）波形的存儲(chǔ)和顯示 4、圖形接口： UCGUI 2、水平掃速： 250 ns*、500ns、1μs、5 μs、10μs、50μs、500 μs、5ms 、50ms 3、垂直電壓靈敏度：10mV/div, 20mV/div, 50mV/div, 0.1V/div, 0,2V/div, 0.5V/div, 1V/div, 2V/div, 5V/div 4、被測(cè)信號(hào)的各種參數(shù)屏幕顯示，包括頻率、電壓峰峰值等。
這是上位機(jī)的程序
測(cè)試時(shí)候的照片
測(cè)試正弦波
PCB
模擬電路板
側(cè)面的照片
源代碼的注釋
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- /*---------------------------------------------------------
- ADC配置驅(qū)動(dòng)程序
- 說(shuō)明: 示波器AD采樣配置,經(jīng)過(guò)初步測(cè)試,AD采樣速率為1.286M
- 正弦波最大不失真測(cè)量頻率300kHz
- 三角波最大不失真測(cè)量頻率150kHz
- 矩形波最大不失真測(cè)量頻率100kHz
- 時(shí)間: 2013年11月19日
- ---------------------------------------------------------*/
- #include "stm32f10x.h"
- #include "adc.h"
- #include "oscilloscope.h"
- #include "ucos_ii.h"
- #include "tft_api.h"
- /*-----------------------------------------
- 聲明變量
- ------------------------------------------*/
- extern WaveType WaveInfo;
- extern WaveMode WaveCtrl;
- volatile u16 ADCConvertedValue[SAMPDEPTH];//AD轉(zhuǎn)換緩沖區(qū),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模擬輸入
- 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; */
- /*--------------------------------------------------
- 函數(shù)說(shuō)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提供的觸發(fā)事件進(jìn)行觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換,控
- 制TIM3的速率就可以完成采樣率的改變.同時(shí)采
- 用DMA完成數(shù)據(jù)傳輸,注入通道1完成內(nèi)部溫度傳
- 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復(fù)位,通道1
- DMA_csh.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC1_DR_Address; //ADC1地址
- DMA_csh.DMA_MemoryBaseAddr = (unsigned int)ADCConvertedValue; //內(nèi)存地址
- DMA_csh.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
- DMA_csh.DMA_BufferSize = SAMPDEPTH; //緩沖大小為采樣深度
- DMA_csh.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外設(shè)地址固定
- DMA_csh.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //內(nèi)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; //循環(huán)傳輸
- DMA_csh.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA優(yōu)先級(jí)高
- DMA_csh.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
- DMA_Init(DMA1_Channel1,&DMA_csh); //寫(xiě)入DMA1配置參數(shù)
- DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE); //使能DMA1通道1
- DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_TC,ENABLE); //使能DMA CH1中斷
- 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,為AD提供觸發(fā)
- RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
- TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1;
- TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 99; //工作在18M，每格最大值時(shí)，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事件更新作為ADC觸發(fā)
-
- //配置ADC
- ADC_csh.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //獨(dú)立ADC模式
- ADC_csh.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //關(guān)閉掃描模式
- ADC_csh.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //連續(xù)AD轉(zhuǎn)換開(kāi)啟
- ADC_csh.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; //由TIM3提供的觸發(fā)事件進(jìn)行觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換
- ADC_csh.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //數(shù)據(jù)右對(duì)齊
- ADC_csh.ADC_NbrOfChannel = 1; //要轉(zhuǎn)換的通道數(shù)目1
- ADC_Init(ADC1,&ADC_csh); //寫(xiě)入ADC1配置參數(shù)
- ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_11,1,ADC_SampleTime_1Cycles5);//采樣速率1M
- ADC_DMACmd(ADC1,ENABLE); //使能ADC1 DMA
- ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1,ENABLE); //打開(kāi)ADC1外部觸發(fā)
-
- ADC_InjectedChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_16,1,ADC_SampleTime_239Cycles5); //配置ADC1通道16為注入通道1
- ADC_ExternalTrigInjectedConvConfig(ADC1,ADC_ExternalTrigInjecConv_None); //軟件觸發(fā)注入通道的轉(zhuǎn)換
- ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //使能溫度傳感器
- ADC_Cmd(ADC1,ENABLE); //使能ADC1
- ADC_ResetCalibration(ADC1); //復(fù)位校準(zhǔn)寄存器
- while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校準(zhǔn)寄存器復(fù)位完成
- ADC_StartCalibration(ADC1); //開(kāi)始校準(zhǔn)
- while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校準(zhǔn)完成
- TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
- }
- /*-----------------------------------------
- 函數(shù)說(shuō)明:通過(guò)注入通道1轉(zhuǎn)換內(nèi)部溫度傳感器
- AD值,讀取10次有效數(shù)據(jù)取平均返回
- ------------------------------------------*/
- u16 GetTempSensor(void)
- {
- u16 temp=0,i,k=0;
- for(i=0; i<10; )
- {
- ADC_SoftwareStartInjectedConvCmd(ADC1,ENABLE); //軟件觸發(fā)注入通道的轉(zhuǎn)換
- k = (0x6EE - ADC_GetInjectedConversionValue(ADC1,ADC_InjectedChannel_1)) / 0x05 + 25;
- if(k>0 && k<100)
- {
- temp += k;
- i++;
- }
- }
- temp /= 10;
- return temp;
- }
- /*-----------------------------------------
- 函數(shù)說(shuō)明:ADC1初始化
- ------------------------------------------*/
- void ADC1_Init(void)
- {
- ADC1_GPIO_Init();
- ADC1_Mode_Config();
- }
- /*-----------------------------------------
- 函數(shù)說(shuō)明:ADC傳輸DMA通道1中斷服務(wù)程序
- DMA把AD值傳輸?shù)骄彌_區(qū)完成后關(guān)閉定
- 時(shí)器3(作為觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換的定時(shí)器)同時(shí)
- 置更新完成標(biāo)志位為1,開(kāi)定時(shí)器3在應(yīng)
- 用中開(kāi)啟.
- ------------------------------------------*/
- void DMA1_Channel1_IRQHandler()
- {
- OSIntNesting++;
- DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1); //清除DMA傳輸完成中斷
- TIM_Cmd(TIM3,DISABLE); //關(guān)閉TIM3
- WaveCtrl.UpdatTrue = 1; //已經(jīng)完成一次波形FIFO,可以批量讀出數(shù)據(jù)
- OSIntExit();
- }
- /*-----------------------------------------
- 函數(shù)說(shuō)明:擦除AD緩沖區(qū)
- ------------------------------------------*/
- void Earse_AD_FIFO(void)
- {
- uint32_t i;
- for(i=0; i<sampdepth; i++)
- {
- ADCConvertedValue[i] = 0;
- }
- }
- /*------------------------------------------------------------------------------------
- STM32示波器
- 硬件平臺(tái):
- 主控器: STM32F103ZET6 64K RAM 512K ROM
- 屏幕器: SSD1963
- 分辨率: 480x272 16位色
- 觸摸屏: TSC2046
- 模擬電路: OP - TL084
- OP - u741
- SW - CD4051
- CMP - LM311
- PWR - LM7805
- - LM7905
- - MC34063
- - AMS1117-3.3
- DRI - ULN2003
- 繼電器：信號(hào)繼電器
- 電源: DC +12V
- 軟件平臺(tái):
- 開(kāi)發(fā)環(huán)境: RealView MDK-ARM uVision4.10
- C編譯器 : ARMCC
- ASM編譯器:ARMASM
- 連接器: ARMLINK
- 實(shí)時(shí)內(nèi)核: uC/OS-II 2.90實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
- GUI內(nèi)核 : uC/GUI 3.90圖形用戶(hù)接口
- 底層驅(qū)動(dòng): 各個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序
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- 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
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- 時(shí)間: 2013年11月9日 BoX編寫(xiě)于大二上學(xué)期
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- 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"
- /*-----------------------------------------
- 聲明起始任務(wù)棧
- ------------------------------------------*/
- OS_STK Task_Start_Stk[TASK_START_STK_SIZE];
- /*-----------------------------------------
- 因?yàn)樯婕暗綄?duì)共享資源的訪(fǎng)問(wèn),創(chuàng)建互斥信號(hào)量
- ------------------------------------------*/
- OS_EVENT *LCD_Buffer_MUTEX;
- OS_EVENT *USART_Buffer_MUTEX;
- OS_EVENT *SDtoRAM_Buffer_MUTEX;
- /*-----------------------------------------
- 主 函 數(shù)
- ------------------------------------------*/
- int main(void)
- {
- INT8U err;
- SystemInit(); //初始化RCC時(shí)鐘
- OSInit();
-
- LCD_Buffer_MUTEX = OSMutexCreate(4,&err); //創(chuàng)建3個(gè)共享資源互斥信號(hào)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); //起始任務(wù)
-
- OSStart();
- }
- /*-------------------------------------------------------------------------------
- 函數(shù)功能:初始化各種外設(shè)
- 說(shuō) 明:因?yàn)榕懿僮飨到y(tǒng),所以外設(shè)的初始化應(yīng)該放在操作系統(tǒng)的初始任務(wù)中完成,不能
- 在while(1)循環(huán)外部完成外設(shè)的初始化工作,否則操作系統(tǒng)可能無(wú)法啟動(dòng).
- 本函數(shù)在app.c中被調(diào)用
- -------------------------------------------------------------------------------*/
- void BSP_Init(void)
- {
- OS_CPU_SR cpu_sr = 0u;
- OS_ENTER_CRITICAL();
- DelayInit(); //初始化延時(shí)
- PinCfg(); //外部器件控制配置
- FSMC_LCD_Init(); //FSMC總線(xiàn)配置
- GUI_Init(); //初始化UCGUI界面
- TSC2046_Config(); //初始化觸摸控制器
- USART1_Config(); //初始化串口
- DAC_Config(); //初始化DAC1
- ADC1_Init(); //初始化ADC1
- EXTI_Config(); //初始化外部中斷
- Key_EXTI_Config(); //初始化按鍵中斷
- TIM5_Config(1999,71); //TIM5以1MHz頻率計(jì)數(shù),每2ms溢出中斷
- // TIM4_Config(59999,71); //TIM4以1MHz頻率計(jì)數(shù),每60ms溢出中斷
- RTC_Init(); //初始化RTC
- // SD_Init();
- JDQ_ACDC = 1; //交流耦合
- ManualGainScan(3); //調(diào)試用
- IWDG_Init(4,625); //喂狗時(shí)間為1000ms
- OS_EXIT_CRITICAL();
- }
由于完整程序包較大，完整程序包可到百度網(wǎng)盤(pán)下載，下載鏈接在附件里 源碼程序包可直接點(diǎn)擊附件下載
STM32示波器源代碼.zip
(3.4 MB, 下載次數(shù): 683)
2016-6-17 12:25 上傳
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