原標(biāo)題：基于stm32單片機(jī)簡(jiǎn)易數(shù)字示波器設(shè)計(jì)（實(shí)物圖+原理圖+PCB+論文）全套畢設(shè)資料

基于STM32單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字示波器設(shè)計(jì)

一、引言

數(shù)字示波器是一種重要的電子測(cè)量?jī)x器，能夠?qū)崟r(shí)顯示和分析信號(hào)的波形。基于STM32單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字示波器設(shè)計(jì)旨在提供一種低成本、高性能的解決方案，適用于教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的工程測(cè)試。

二、主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用

1. 主控芯片型號(hào)

• STM32F103C8T6

• STM32F103ZET6

• STM32F407VET6

2. 作用

   設(shè)計(jì)中的作用：

• 數(shù)據(jù)采集與處理：主控芯片通過內(nèi)置的ADC模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。同時(shí)，主控芯片還負(fù)責(zé)波形的顯示、觸發(fā)功能的實(shí)現(xiàn)以及參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算。

• 波形顯示：主控芯片通過FSMC接口與TFT液晶屏連接，實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)顯示。用戶可以通過屏幕直觀地觀察到輸入信號(hào)的波形和參數(shù)。

• 人機(jī)交互：主控芯片通過按鍵、旋鈕等輸入設(shè)備接收用戶的指令，并根據(jù)指令調(diào)整示波器的功能和參數(shù)。同時(shí)，還可以通過LED指示燈等輸出設(shè)備向用戶反饋示波器的工作狀態(tài)。

• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸：主控芯片支持SD卡存儲(chǔ)功能，可以將當(dāng)前屏幕的波形截圖以JPG格式存儲(chǔ)在SD卡上，方便用戶隨時(shí)調(diào)用查看。此外，還可以通過串口通信與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)虛擬示波器功能。

• STM32F103C8T6：這是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，具有豐富的外設(shè)接口和高性能的計(jì)算能力。其內(nèi)部集成128KB的閃存和20KB的SRAM，能夠滿足示波器設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理需求。同時(shí)，STM32F103C8T6的最高工作頻率可達(dá)72MHz，確保了示波器的高速響應(yīng)和實(shí)時(shí)性。

• STM32F103ZET6：與STM32F103C8T6類似，但具有更大的閃存（512KB）和SRAM（64KB），適用于更復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求。其高性能和豐富的外設(shè)接口使得它能夠處理更多的波形數(shù)據(jù)和提供更高的采樣率。

• STM32F407VET6：這是基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的32位微控制器，具有更高的性能和更豐富的外設(shè)接口。其內(nèi)部集成1MB的閃存和192KB的SRAM，并支持硬件浮點(diǎn)運(yùn)算，使得它在處理復(fù)雜的波形分析和計(jì)算時(shí)具有更高的效率。

三、硬件設(shè)計(jì)

1. 模擬前端處理電路

• 交直流耦合選擇電路：用于選擇輸入信號(hào)的交直流耦合方式，通過電容的通交隔直特性實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)的濾除和直流信號(hào)的保留。

• 電壓衰減電路：用于將輸入信號(hào)進(jìn)行衰減，以適應(yīng)不同幅值的信號(hào)測(cè)量需求。通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的衰減，同時(shí)保證信號(hào)的精度和穩(wěn)定性。

• 信號(hào)處理電路：包括運(yùn)算放大器、濾波器等電路，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，以提高信號(hào)的質(zhì)量和測(cè)量精度。

• 頻率檢測(cè)電路：通過滯回比較器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量功能。滯回比較器具有抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量輸入信號(hào)的頻率。

2. 電源電路

• 負(fù)責(zé)給運(yùn)放提供正負(fù)電源以及系統(tǒng)供電，是保障電路正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。采用穩(wěn)壓電源電路，確保電壓的穩(wěn)定性和可靠性。

3. 人機(jī)交互電路

• 包括按鍵、旋鈕、LED燈、顯示屏等輸入輸出接口，用于控制示波器的功能和參數(shù)設(shè)置。通過合理的布局和設(shè)計(jì)，提高用戶的使用體驗(yàn)和操作便捷性。

4. 顯示電路

• 采用4.3寸TFT480×272 65K彩色LCD顯示屏，通過FSMC接口與主控芯片連接，實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)顯示。顯示屏具有高分辨率和豐富的色彩顯示效果，能夠清晰地展示輸入信號(hào)的波形和參數(shù)。

5. 其他電路

• 包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等輔助電路，用于保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

四、軟件設(shè)計(jì)

1. 硬件驅(qū)動(dòng)層

• ADC驅(qū)動(dòng)：用于配置和控制ADC模塊，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)換。

• 定時(shí)器驅(qū)動(dòng)：用于配置和控制定時(shí)器模塊，實(shí)現(xiàn)波形的實(shí)時(shí)顯示和采樣率的調(diào)整。

• 按鍵驅(qū)動(dòng)：用于配置和控制按鍵輸入電路，實(shí)現(xiàn)用戶指令的接收和處理。

• 顯示屏驅(qū)動(dòng)：用于配置和控制顯示屏電路，實(shí)現(xiàn)波形的顯示和參數(shù)的顯示。

2. 應(yīng)用層

• 波形發(fā)生器：使用STM32的DA功能實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波、方波和白噪聲等波形的輸出。通過觸摸屏進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整波形的幅值、頻率和占空比等參數(shù)。

• 波形存儲(chǔ)與讀取：通過SD卡存儲(chǔ)功能將當(dāng)前屏幕的波形截圖以JPG格式存儲(chǔ)在SD卡上，并可以隨時(shí)調(diào)用查看。同時(shí)，還可以將波形數(shù)據(jù)以文本格式存儲(chǔ)在SD卡上，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理。

• 參數(shù)測(cè)量與計(jì)算：實(shí)現(xiàn)頻率、周期、占空比、交流峰峰值、平均值等參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算，并在顯示屏上實(shí)時(shí)顯示。

• 觸發(fā)功能：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、常規(guī)和單次觸發(fā)方式，以及上升或下降邊沿觸發(fā)功能。通過合理的觸發(fā)設(shè)置，可以捕捉到輸入信號(hào)的特定波形和事件。

• 上位機(jī)通信：通過串口通信與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)虛擬示波器功能。上位機(jī)可以接收示波器發(fā)送的波形數(shù)據(jù)和參數(shù)信息，并進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理。