STM32的數(shù)字示波器設(shè)計

1、STM32的數(shù)字示波器設(shè)計示波器的設(shè)計分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。示波器的控制核心采用ARM9，由于STM32芯片里有自帶的AD，采樣速率最高為500KSPS,分辨率為10位，供電電壓為3.3V，基本上能滿足本設(shè)計要求，顯示部分用3.2寸TFTLCD（分辨率：320*240）模塊。軟件部分采用C語言進行設(shè)計，設(shè)計環(huán)境為Keil。 硬件總體結(jié)構(gòu) 該設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，根據(jù)系統(tǒng)功能把整個系統(tǒng)分成不同的具有特定功能的模塊，硬件整體框圖如下圖所示。該示波器由4部分電路構(gòu)成，分別是： (1) 輸入程控放大衰減電路； (2) 極性轉(zhuǎn)換電路； (3) AD轉(zhuǎn)換電路； (4) 顯示控制電路； (5)

2、按鍵控制電路； 整體設(shè)計思路是：信號從探頭輸入，進入程控放大衰減電路進行放大衰減，程控放大器對電壓大的信號進行衰減，對電壓小信號進行放大以符合AD的測量范圍，經(jīng)過處理后信號進入極性轉(zhuǎn)換電路進行電平調(diào)整成03.3V電壓，因為被測信號可能是交流信號，而AD只能測量正極性電信號，經(jīng)調(diào)整后送入AD轉(zhuǎn)換電器對信號進行采樣，采樣所得數(shù)據(jù)送入LCD顯示，這樣實現(xiàn)了波形的顯示。按鍵控制可以通過不同的按鍵來控制波形的放大和縮小，同時也可以改變采樣間隔，以測量更大頻率范圍的信號。 STM32處理器介紹 STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成

3、兩個不同的系列：STM32F103“增強型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品。 本設(shè)計所用的STM32F103VCT6集成的片上功能如下： (1) 1.2v內(nèi)核供電，1.8V/2.5V/3.3/V存儲器供電，3.3V外部I/O供電 (2) 外部存儲控制

4、器 (3) (3) LCD 控制器 (4) 4通道DNA并有外部請求引腳 (5) 3通道UART(6) 2通道SPI (7) 1通道IIC總線接口1通道IIS總線接口 (8) AC97編解碼器接口 (9) 兼容SD主接口協(xié)議1.0版和MMC卡協(xié)議2.11兼容版 (10) 2通道USB主機1通道USB設(shè)備 (11) 4通道PWM定時器和1通道內(nèi)部定時器/看門狗定時器 (12) 8通道10位ADC和觸摸屏接口 (13) 80個通用I/O和24通道外部中斷源LCD顯示介紹 LCD液晶顯示器是Liquid Crystal Display的簡稱，LCD的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃當中放置液態(tài)晶體，兩片玻璃中

5、間有許多垂直和水平的細小電線，通過通電與否來控制 桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。 LCD的主要技術(shù)參數(shù)有： 1. 對比度 LCD制造時選用的控制IC、濾光片和定向膜等配件，與面板的對比度有關(guān)，對于一般用戶而言，對比度能夠達到350:1就足夠了，但在專業(yè)領(lǐng)域這樣的對比度還不能滿足用戶的要求。對比值定義是最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值 2. 亮度 LCD是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)，本身是不能 發(fā)光的，需要借助于額外的光源才行。因此，燈管數(shù)目關(guān)系著液晶顯示器亮度。液晶顯示器的最大亮度，通常由冷陰極涉嫌管來決定，亮度值一般都在200250cd/m2間。 3. 可視面

6、積 液晶顯示器所表示的尺寸就是與實際可以使用的屏幕范圍一致。 4. 可視角度 當背光源通過偏極片、液晶和去向?qū)又?，輸出的光線變具有了方向性。也就是說大多說光都是從屏幕中 垂直射出來的，所以從某一個較大的角度觀看液晶顯示時，便不能看到原來的顏色，甚至是只能看到全白或者全黑。為了解決這個問題，制造商們也著手開發(fā)廣角技術(shù)，到目前為止有三種比較流行的技術(shù)，分別是：TN+FILM、IPS和MVA。 5. 色彩度 任何一種色彩都是由紅、綠、藍三種基本色組成的。LCD面板上是由480272個像素點組成現(xiàn)象的，每個獨立的像素色彩是由紅、綠、藍(R、G、B)三種基本色來控制。軟件整體設(shè)計 整體設(shè)計思路是：信號

7、從探頭輸入，進入程控放大衰減電路進行放大衰減，程控放大器對電壓大的信號進行衰減，對電壓小信號進行放大以符合AD的測量范圍，經(jīng)過處理后信號進入極性轉(zhuǎn)換電路進行電平調(diào)整成03.3V電壓，因為被測信號可能是交流信號，而AD只能測量正極性電信號，經(jīng)調(diào)整后送入AD轉(zhuǎn)換電器對信號進行采樣，采樣所得數(shù)據(jù)送入LCD顯示，實現(xiàn)波形的顯示按鍵控制可以通過不同的按鍵來控制波形的放大和縮小，同時也可以控制程控放大器，選擇放大和衰減的倍數(shù)。 該示波器軟件開發(fā)環(huán)境為Keil 4，代碼采用C語言編寫。ARM中軟件完成的功能: (1) 輸入波形顯示和峰峰值測量。 (2) LCD的初始化和顯示控制。 (3) 按鍵的檢測和控制。

8、 數(shù)字手持示波器技術(shù)參數(shù) (1) 水平掃描速度可調(diào) (2) 垂直電壓靈敏度可調(diào) (3) 被測信號的電壓峰峰值在屏幕上顯示。 (4) 能測量輸入頻率為1HZ50KHZ的信號 (5) 測量幅度范圍為-3.3V3.3V軟件編程與調(diào)試 整體設(shè)計思路是：經(jīng)過程控放大衰減和極性轉(zhuǎn)換后的電壓作為AD轉(zhuǎn)換的輸入電壓，然后通過不同的按鍵來控制波形的放大和縮小，最后在LCD屏上顯示出大小適中的波形。同時測出電壓峰峰值，并顯示。以下是根據(jù)整個系統(tǒng)進行的軟件設(shè)計。 軟件設(shè)計總體框圖 系統(tǒng)總體框圖如圖3-1所示：鍵盤控制程序 利用4個按鍵K1,K2,K3,K4來選擇波形的放大和縮小，按鍵采用外部中斷方式。其中通過K1和

9、K2來調(diào)整波形顯示的高度比例，通過K3和K4來改變采樣間隔增加或減少一個周期內(nèi)采樣點數(shù)，達到控制水平掃描速度，使低頻率波形能完整顯示。當檢測到K1時，波形幅度系數(shù)置為2，當檢測到K2時，波形幅度系數(shù)置為1/2，否則波形幅度系數(shù)為1，以此控制幅度的放大和縮小。當檢測到K3、K4時，采樣函數(shù)中分別加入不同的延時函數(shù)來拉長或縮短波形。按鍵中斷程序流程圖如下圖所示。峰峰值測量程序設(shè)計 通過遍歷AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，取出最大值和最小值求差，結(jié)果即為電壓峰峰值。 測量函數(shù)：high_vpp=low_vpp=Buff0; for(i=0;ihigh_vpp) high_vpp = Buffi;/最大值 if(Buf

10、filow_vpp) low_vpp = Buffi;/最小值 vpp=(float)(high_vpp-low_vpp)*(6.6/4096); LCD顯示程序設(shè)計 本設(shè)計所使用的是3.2寸320240圖形點陣LCD，該部分程序主要有LCD初始化，AD轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成顯示數(shù)據(jù)。用數(shù)組連續(xù)存儲AD轉(zhuǎn)換結(jié)果，存滿后依次在LCD上顯示，依次循環(huán)。顯示過程中由于STM32處理器頻率較低，導致顯示一屏的時間較長，從而使刷屏速度較慢，效果不好。這里采用每次刷一列的的算法，即每次顯示下一列點之前將此列初始化為屏幕底色，從而改善視覺效果。 LCD顯示主要程序為：int main() Stm32_Cloc

11、k_Init(9); /系統(tǒng)時鐘設(shè)置 delay_init(72); /延時初始化 LCD_Init(); /初始化液晶 KEY_Init(); /按鍵初始化 Adc_init(); /ADC初始化 LCD_Clear(BLACK); /清屏 POINT_COLOR=RED; /點顏色 BACK_COLOR=BLACK; /背景色 while(1) key=KEY_Scan(); /獲取按鍵返回值 high_vpp=low_vpp=Buff0; for(i=0;i200;i=i+1) Buffi=Get_Adc(0); Choose_Delay(); /改變采樣間隔 for(i=0;i200;i=i+1) Clear_Line(i); /清列 first_point=next_point; temp=Buffi; Vpp_Change(); /調(diào)整電壓顯示幅度 next_point=100+temp*100/4096; /得到點坐標 Draw_net(); /畫網(wǎng)格 LCD_DrawLine(first_point,i,next_point,i+1);/通過連線畫波形 LCD_ShowChar(80,220,V,18,0); vpp=(float)(high_vpp-low_vpp)*(6.6/4096)