STM32 示波器与信号发生器

简介：
本项目是一款基于STM32微控制器的多功能电子设备，集成了示波器和信号发生器的功能，适用于电路实验、教学及工程开发等场景。 关于STM32的示波器设计已经有很多资料了。这里我想分享一下自己的设计理念。这个项目我已经准备了很久，并且非常感谢以前团队中的陈师和覃总两位经验丰富的嵌入式工程师，他们的指导让我在多个方面有了更全面的考虑。如果不是因为工作调整等原因，可能现在已经完成了产品开发，但最终没有完成还是感到很遗憾。 设计流程如下： STM32示波器与信号发生器的设计是一个复杂的系统工程，涉及微控制器、数据采集、信号处理和用户界面等众多领域。作为基于ARM Cortex-M内核的高性能微控制器，STM32因其低功耗和丰富的外设接口而被广泛应用于此类应用。 在硬件设计中，核心处理器选择了STM32ZET6，这是一款高集成度且具有强大性能的微控制器。搭配了分辨率为320x240的RGB565触摸屏（SSD1289），以便提供直观的人机交互界面。STM32内部的ADC用于信号采集，采样频率为1MHz，并支持双通道输入以同时监测两个不同的信号源。此外还计划集成外部高速ADC来提升性能，但最终由于各种原因未能实现。DA转换器则用来生成正弦波、锯齿波和方波等模拟信号，最高输出频率约为20kHz。 软件设计方面采用了uCOSIII实时操作系统确保系统的高效稳定运行，并使用uCGUI库创建清晰的图形用户界面来显示采集到的数据。在数据采集策略上根据不同的信号速度，我们设定了三种采样模式： 1. 高速采样（2us - 20us）：采用1MHz的采样率以捕捉高速变化的信号细节；由于屏幕分辨率限制，在这种情况下一个数据点可能对应多个像素值，因此需要特殊处理来准确呈现波形。 2. 中速采样（50us - 20ms）：通过定时器触发采集过程，并且每个采样点与屏幕上对应的显示位置一一匹配，以确保精确的波形展示效果。 3. 低速采样（大于等于50ms）：针对长时间轴信号采用循环滚动方式显示数据，避免因过多的数据导致屏幕溢出问题的发生。 在数据分析阶段会计算得出周期、占空比以及最大值和最小值等关键参数。触发点的定位主要适用于高速与中速采集模式下，在三倍屏幕长度范围内搜索匹配的波形段进行展示。 信号发生器部分相对简单，通过预先存储好一个完整周期内的波形数据，并利用DMA技术持续更新DAC输出端口以产生所需的模拟信号。 总之，STM32示波器和信号发生器的设计是一个集成了硬件设计、软件开发以及用户界面等多方面知识的综合性项目。它充分展示了STM32的强大功能与灵活性，在嵌入式系统领域具有广泛的应用前景。尽管该项目未能最终完成，但其提供的设计理念和技术流程对其他从事类似工作的人员来说仍然具备较高的参考价值。