基于STM32的数字示波器设计

山东科技大学课程设计报告设计题目：基于STM32的简易数字示波器专业：班级学号：学生姓名：指导教师：设计时间：小组成员：基于STM32的数字示波器设计-----------硬件方面设计摘要本设计是基于ARM(Advance RISC Machine)以ARM9[2]为控制核心数字示波器的设计。

包括前级电路处理，AD转换，波形处理，LCD显示灯模块。

前级电路处理包括程控放大衰减器，极性转换电路，过零比较器组成，AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。

充分使用了Proteus Multisim仿真工具，大大提高了设计效率，可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ 的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V,并实现波形的放大和缩小，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的频率。

总体来看，本文所设计的示波器，体积小，价格低廉，低功耗，方便携带，适用范围广泛，基本上满足了某些场合的需要，同时克服了传统示波器体积庞大的缺点，减小成本。

关键词：AD ，ARM，实时采样，数字示波器目录前言---------------------------------------------------------------------------------3第一章绪论--------------------------------------------------------------------41.1课题背景---------------------------------------------------------------------41.2课题研究目的及意义----------------------------------------------------41.3课题主要的研究内容----------------------------------------------------5 第二章系统的整体设计方案--------------------------------------------62.1硬件总体结构思路--------------------------------------------------------6 第三章硬件结构设计------------------------------------------------------------73.1程控放大模块设计-------------------------------------------------------73.1.1程控放大电路的作用-------------------------------------------73.1.2程控放大电路所用芯片---------------------------------------73.1.3AD603放大电路及原理----------------------------------------83.2极性转换电路设计------------------------------------------------------103.3 AD转换电路及LED显示电路等(由组内其他同学完成)第四章软件设计(由组内其他同学完成)第五章性能能测试与分析--------------------------------------------------15第六章设计结论及感悟-----------------------------------------------17参考文献----------------------------------------------------------------------18前言由于传统示波器虽然功能齐全但是体积旁大，不方便使用，本设计针对这种缺点设计一种体积小、成本低、功耗小、便携数字示波器，同时达到学以致用，理论和实践相结合，进一步学习课外知识，培养综合应用知识，锻炼动手和实际工作的能力。

嵌入式数字存储示波器设计程志强1，汪思静1，杨杰1，魏磊2（1.武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉430081；2.武汉科技大学汽车与交通工程学院，湖北武汉430081）摘要：提出了一种基于FPGA 和STM32的嵌入式数字存储示波器设计，以STM32为控制核心，FPGA 作为数据采集和处理模块，完成了对外部信号的采集和传输，实现了存储示波器数据处理和显示的功能。

关键词：STM32；FPGA ；数据采集；数据显示中图分类号：TP368文献标识码：A文章编号：1674－6236（2013）02-0162-03A design for embedded digital storage oscilloscopeCHENG Zhi -qiang 1，WANG Si -jing 1，YANG Jie 1，WEI Lei 2（1.College of Information Science and Engineering ，Wuhan University of Science and Technology ，Wuhan 430081，China ；2.School of Automobile and Traffic Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081，China ）Abstract:This paper introduces a designing method for embedded digital storage oscilloscope based on FPGA and STM32，STM32is used as the controlling core and FPGA is used as the module of data acquisition and processing.The design completes the collection and transmission of external signal and achieves the data processing and showing on embedded digital storage oscilloscope.Key words:STM32；FPGA ；data collection ；data showing收稿日期：2012-09-19稿件编号：201209135作者简介：程志强（1988—），男，湖北武汉人，硕士研究生。

开题报告:1。

本课题研究的目的、意义：随着电子行业的发展，示波器在实际生活生产中占据的地位越来越重要，其实用之广泛和发展速度之快都远远超过其他测量仪器，已经广泛应用于国防、科研、学校以及工农商业等各个领域和部门。

而在由芯片控制的数字示波器已经逐步成为示波器市场上的主要产品。

目前国内市场上出现的高精度数字示波器普遍存在着价格昂贵、不便于户外的测量等等缺点。

本课题研究的意义是通过本课题的研究，能够开发出一款价格较低,功能较齐全、体积较小而又不影响测量精度的手持式数字示波器，以求弥补国内市场在这方面的空缺。

本课题采用STM32为主控芯片，采用LCD液晶屏作为显示设备，通过外部A/D对输入信号采集和处理，最终将波形信息显示在液晶屏上，以此完成一款手持式数字示波器的设计。

使用单片机是本专业学生需要掌握的一项基本技能,本课题的主要目的是通过对单片机的应用,进一步加深单片机硬件电路的连接以及软件的编程。

可以达到学以致用，把理论与实践相结合，学会如何应用自己的所学的知识，学会在设计的过程中发现问题、解决问题的能力，掌握设计的技巧，为以后工作打下基础，并完成一个能够基本满足需求的手持式数字示波器。

2.国内外研究现状数字示波器经过多年的飞速发展,其自身的各种性能、功能和价格已经完全可与模示波器相媲美,而且集捕获、显示、测盘、分析、存储于一体。

它的实时带宽已达2GHz,测量精度Y轴达土1％~十2％、X轴达十0。

01％.这种示波器显示屏幕一般比模拟示波器显示屏幕要大,通常为7英寸和9英寸。

彩显CRT数字示波器价格下跌,过去普遍用于1GHz示波器,现已开始用于40MHz 的数字示波器。

过去独占示波器鳌头约50年的模拟示波器虽也有很大进步，但还是退出了长期一统示波器天下的局面.经过较量之后，带宽1GHz的模拟示波器已全部让给等效和实时采样数字示波器,10MHz～500MHz也已基本让给了实时采样数字示波器,只有在100MHz以下的示波器中大约还能占到近一半的份额。

基于 STM32的便携式示波器及设计研究摘要：基于STM32的便携式示波器能在优化系统操控效果的同时，降低项目成本，具有重要的研究和推广价值。

本文分析了设备组成，并从硬件设计、软件设计两个方面对具体设计方案展开讨论。

关键词：STM32；便携式示波器；组成；设计方案伴随着嵌入式数字示波器的全面发展，基于示波器完成测量运算和分析工作的效率也在提升，对STM32为控制核心的便携式示波器予以研究，无论是应用性能还是数据处理能力都更具优势。

一、基于STM32的便携式示波器组成基于STM32内部定时器资源作为整个示波器A/D采样触发器，能减少系统复杂度的基础上提升数据收集和处理的灵活度。

主要组成结构如下：1）显示模块，3.2寸TFT液晶。

2）信号处理模块，在信号进入设备后，经过阻容衰减、阻抗变换、电平移位、程控增益、低通滤波等完成信号的处理。

3）电源管理模块。

4）微处理器模块，使用STM32F微处理器，对A/D进行采样频率控制，实现DMA数据输送和波形重建[1]。

二、基于STM32的便携式示波器设计方案（一）硬件设计1.信号调理电路在整个便携式示波器中，输入信号无法直接完成ADC的采样工作，此时，要利用线性处理的方式对原始信号相位情况和幅度情况予以控制，因此，由阻容衰减电路、阻抗变换电路、电平移位电路、程控增益电路和低通滤波电路组成的前级信号调理电路至关重要。

其中，阻容衰减电路，由补偿电容结构和分压电阻网络构成，能结合相应要求补偿信号。

而阻抗变换电路，借助对应的元件避免信号在电压作用下出现波形失真等现象，本文选取的是OPA656集成元件。

另外，程控增益电路，选取CD4051BC继电器，能有效维持电流控制。

2.触发电路基于STM32的便携式示波器在触发过程中，定时器触发、外部信号触发以及软件触发是较为常见的方式，其中，定时器触发和软件触发相对应，前者采取的是周期性采样信号、后者采取的是非周期性采样信号，而外部信号触发则应用的是特定的采集信号。

课程设计报告设计课题：基于STM32的信号发生器设计专业班级：电气与信息工程通信二班学生姓名：***指导教师：***设计时间：2013.9.20~~~2013.10.7信号发生器一．实验概述本系统以低功耗单片机stm32为主控器件，分为微控制器、FPGA、DA转换器、功率放大等模块,实现了一个能产生任意波形的波形发生器。

本设计利用单片机生成各种波形的数据，将数据传输给RAM存储器，通过后级的DA转换器实现波形的产生。

系统采用触摸屏方式输入波形参数和手绘波形，频率1HZ步进可调，峰-峰值可在0到10V之间任意调节。

电路设计条理清晰，人机交互界面友好，控制方便，很好地完成了题目的所有基本和发挥要求。

二．实验要求与目的实验要求：设计简易函数信号发生器系统实验目的：掌握应用嵌入式系统生成函数信号的方法三．实验内容与实验设备实验内容：a)设计程控放大器电路b)设计嵌入式系统电路及程序，实现信号发生器基本功能，可以产生三种标准波形：正玄波、三角波和方波；c)编写嵌入式系统程序，实现函数信号发生器功能，可以对标准波形设计频率、周期、最大值、最小值、峰峰值、偏移量和方波占空比。

d)编写嵌入式系统程序，实现随机信号发生器功能，输出在手写板上描绘的波形。

e)编写嵌入式系统程序，实现通讯功能，可以通过RS232接口设置输出信号。

实验设备：a)示波器、信号发生器、万用表b)STC单片机开发板、C8051F开发板、STM32开发板实验器件： STM32F103ZET6、ADUC7026四．方案比较1.1波形生成方案方案一：采用锁相式频率合成方案这种方案利用锁相环将压控振荡器VCO的输出频率锁定在所需频率上。

这种方案具有很好的窄带跟踪特性，很好的选择所需频率。

但由于模拟方法合成的正弦波参数（如：幅度，频率，相位）都很难被控制，难以满足实现任意波形的要求。

方案二：采用STM32单片机生成波形，由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。

13个基于STM32的经典项目设计实例，全套资料~-嵌入式系统-与非网STM32单片机现已火遍大江南北，各种教程资料也是遍布各大网站论坛，可谓一抓一大把，但大部分都差不多。

今天总结了几篇电路城上关于STM32 的制作，不能说每篇都是经典，但都是在其他地方找不到的，很有学习参考意义的设计实例。

尤其对于新手，是一个学习stm32单片机的“活生生”的范例。

1.开源硬件-基于STM32的自动刹车灯设计自动刹车灯由电池供电并内置加速度传感器，因此无需额外连接其他线缆。

使用两节5号电池时，设计待机时间为一年以上(待机功耗66微安)，基本可以实现永不关机，即装即忘。

2.基于STM32F407的openmv项目设计资料本项目是一个openmv，通过摄像头可以把图像实时传输给显示屏显示。

MCU选择的是STM32F407（STM 32F407数据手册），ARM Cortex-M4内核，最高频率可达180Mhz，包含一个单精度浮点DSP，一个DCMI（数字相机接口）。

3.STM32无线抢答器无线抢答器采用STM32F302芯片主控，同时用蓝牙，语音模块，数码管，七彩灯等部件构成，当主持人按下抢答键时，数码管进入倒记时，选手做好准备，当数码管从9变为0时，多名选手通过手机上虚拟按键进行抢答，同时语音播报抢答结果，显示屏上显示选手的抢答时间。

4.基于ARM-STM32的两轮自平衡小车小车直立和方向控制任务都是直接通过控制小车两个电机完成的。

假设小车电机可以虚拟地拆解成两个不同功能的驱动电机，它们同轴相连，分别控制小车的直立平衡、左右方向。

5.基于STM32F4高速频谱分析仪完整版（原创）本系统是以STM32F407进行加Blackman预处理，再做1024个点FFT进行频谱分析，最后将数据显示在LCD12864上，以便进行人机交互！该系统可实现任意波形信号的频谱显示，以及可以自动寻找各谐波分量的幅值，频率以及相位并进行8位有效数据显示。

简易数字示波器设计报告学校：苏州大学学院：电子信息学院班级：电子与通信工程组员：王婷杨静芝范静第一章设计内容与要求1. 1 设计内容：设计并制作一台具有实时采样方式和等效采样方式的数字示波器，示意图如图1所示。

图1 数字示波器示意图1. 2 基本设计要求：（1）被测周期信号的频率范围为10Hz～10MHz，仪器输入阻抗为1M ，显示屏的刻度为8 div×10div，垂直分辨率为8bits，水平显示分辨率≥20点/ div。

（2）垂直灵敏度要求含1V/div、div两档。

电压测量误差≤5%。

（3）实时采样速率≤1MSa/s，等效采样速率≥200MSa/s；扫描速度要求含20ms/div、2μs /div、100 ns/div三档，波形周期测量误差≤5%。

（4）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，触发电平可调。

（5）被测信号的显示波形应无明显失真。

1. 3 扩展要求：（1）提高仪器垂直灵敏度，要求增加2mV/div档，其电压测量误差≤5%，输入短路时的输出噪声峰-峰值小于2mV。

（2）增加单次触发功能，即按动一次“单次触发”键，仪器能对满足触发条件的信号进行一次采集与存储（被测信号的频率范围限定为10Hz～50kHz）。

第二章系统的总体设计2. 1 总体框图：2. 2 硬件系统设计：2.2.1输入信号调理电路：图2输入信号调理电路该电路中涉及到的芯片有：（1）AD603：在很多信号采集系统中，信号变化的幅度都比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。

在自动化程度要求较高的系统中，希望能够在程序中用软件控制放大器的增益，或者放大器本身能自动将增益调整到适当的范围。

AD603正是这样一种具有程控增益调整功能的芯片。

它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHz带宽增益可调的集成运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/μs。

用STM32内置的高速ADC实现简易示波器2010-06-22 00:38:32| 分类：STM32 | 标签：|字号大中小订阅这几周一直在埋头学习STM32，在论坛上学到了不少知识，得到了大家的帮助，这里衷心的向大家表示感谢，尤其是特别要感谢论坛上GRANT_JX大大：）正是有幸得到了他热心相赠的STM32F103VB芯片以及评估版的PCB，我才能够顺利开展我的STM32学习之旅啊。

经过一段时间的学习实验终于对STM32有了点初步的了解，有点入门了，呵呵。

并汇报下几周来学习STM32的小作品:用STM32内置的1MspsADC进行数据采样，并通过ENC28J60以太网接口发送到PC上波形显示，实现了低频数据采集及简易示波器功能。

刚刚初步实验有所收获，高兴啊，呵呵，特地帖上来跟大家分享下：）做一个数字采样示波器一直是我长久以来的愿望，不过毕竟这个目标难度比较大，涉及的方面实在太多，模拟前端电路、高速ADC、单片机、CPLD/FPGA、通讯、上位机程序、数据处理等等，不是一下子就能成的，慢慢一步步来呗，呵呵，好歹有个目标，一直在学习各方面的知识，也有动力：）由于高速ADC涉及到采样后的数据存储问题，大量的数据涌入使得单片机无法承受，因此通常需要用外部高速RAM加CPLD配合，或者干脆用大容量的FPGA做数据存储处理等，然后通知单片机将数据发送出去。

这部分实在是难度比较大，电路非常复杂，自己是有心无力啊，还得慢慢地技术积累。

正好ST新推出市场的以CORTEX-M3为核心的STM32，内部集成了2个1Msps 12bit的独立ADC，并且内部高达72MHZ的主频，高达1.25DMIPS/MHZ 的处理速度，高速的DMA传输功能，灵活强大的4个TIMER等等，这些真是非常有吸引力，何不用它来实现一个低频的数字示波器功能呢，我的目标是暂时只要定量定性地分析20KHZ以下的低频信号就行了，目标不高吧，用STM32可以方便地实现，等有了一定经验之后慢慢再用FPGA和高速ADC搞个100Msps 采样的示波器！说来也真是幸运，得到了GRANT兄相赠的STM32F103VB以及评估版的电路板，这些日子一直在学习STM32，不断地做实验，也算是稍微有点入门了，真是了解越多越喜欢这个芯片，呵呵。

基于STM32虚拟示波器制作（上位机协议+下位机源程序+电路图）以“低成本和高性能”为设计思想，借助虚拟仪器的概念和高速的数字信号处理算法将传统的函数发生器、示波器、数据记录仪、频率计、谱分析仪以及滤波器设计和仿真等功能高度集成、统一平台方便使用。

软件环境支持声卡、USB模块和虚拟仿真，三种模式。

声卡模式，可以借助电脑的声卡来完成对音频范围内信号的分析和处理；USB模块，可以完成对带宽允许内的信号的分析和处理；其中演示模式采用软件模拟来实现所有的功能，便于教学和理论的演示。

公开软件通信协议，可以按照协议将自己的硬件加入我们的软件环境，使用所有的分析功能。

函数发生器支持产生“正弦波”、“三角波”、“矩形波”、“上锯齿波”、“下锯齿波”、“白噪声”和“合成波形”，并提供峰值、频率、输出相位差的调整功能。

波形文件输出，可以支持“正弦波”、“三角波”、“矩形波”、“上锯齿波”、“下锯齿波”、“白噪声”和“合成波形”，提供峰值、频率、输出相位差的调整功能，支持以wav、txt、hex和mif文件形式的输出。

示波器/谱分析仪可以工作在“声卡”、“USB模块”、“仿真”和“串口捕获”四种模式。

支持任意多画面的同时显示，便于波形的多样分析；支持输入波形硬件和软件触发；支持输入波形的插值和等效采样；支持输入波形的“相加”、“相减”和“相乘”合成；支持对输入波形加“矩形窗”、“三角窗”、“海明窗”、“汉宁窗”和“布莱克曼窗”；支持对输入波形的滤波处理；支持对输入波形的“李萨茹图形”、“幅频”、“相频”、“对数幅频”、“自功率谱”、“对数自功率谱”、“自相关”和“互相关”的分析。

数据记录仪数据记录仪可以从声卡或者USB模块连续的记录采集的数据，存储成wav格式的文件；同时还支持将wav的文件直接导入；支持全局数据的浏览。

滤波器设计支持设计IIR和FIR滤波器，并且可以将设计的滤波器用于采集数据的滤波处理和仿真模式的理论演示；其中IIR支持“巴特沃斯”、“切比雪夫I”、“切比雪夫II”、“椭圆”和“贝塞尔”类型的滤波器设计；FIR支持“矩形窗”、“三角窗”、“汉宁窗”、“海明窗”、“布莱克曼窗”和“凯塞—贝塞尔窗”；支持将设计好的图像保存；将设计的H(z)系数保存成txt文件，用于其它的设计系统中；将设计的参数保存成fdd格式，便于以后的打开以及用于波形处理和仿真。

基于STM32的手持示波器设计手持示波器是一种用于观测和分析电信号波形的仪器，具有便携、易用等特点。

本文将介绍基于STM32的手持示波器的设计。

我们需要选择合适的STM32系列单片机作为主控芯片。

STM32系列是意法半导体推出的一款32位微控制器系列，具有高性能、低功耗等特点。

根据需求可以选择不同的型号，例如STM32F4系列，具有高速运算和丰富的外设，适合应用于手持示波器。

接下来，我们需要为手持示波器设计适当的外设电路。

首先是信号输入电路，通过示波器探头将被测信号输入到示波器中。

为了保护示波器，需要设计耐压电路，限制输入信号的电压范围。

为了保证信号质量，还需设计合适的放大电路，将微弱的信号放大到合适的范围。

然后，我们需要设计显示电路。

手持示波器一般采用液晶显示屏来显示波形。

可以选择适当尺寸和分辨率的液晶显示屏，并设计相应的驱动电路，将从主控芯片接收到的波形数据转化成适合显示的格式。

为了提供更多功能和便捷操作，还可以设计其他外设电路。

可以设计按键输入电路，通过按键来控制示波器的各种功能；可以设计存储电路，将采集到的波形数据保存起来，方便后续分析；还可以设计通信接口电路，与电脑或其他设备进行数据交互。

需要进行软件设计。

在主控芯片上编写相应的程序，实现示波器的各种功能。

实现波形的采集和显示，实现各种测量功能，实现数据存储和数据传输等。

在软件设计中，需要充分发挥STM32系列单片机的性能和丰富的外设资源。

基于STM32的手持示波器设计需要选择合适的主控芯片并设计外设电路，也需要进行相应的软件设计。

通过这些设计和开发工作，可以实现一个性能优良、功能齐全的手持示波器，方便用户在各种场合观测和分析电信号波形。