基于STM32示波器的研究與設(shè)計(jì)

葉豪文

摘 要：STM32數(shù)字示波器是不可缺少的，不論是在做實(shí)驗(yàn)，或者是研究中，都需要用到，而且是需要不斷改進(jìn)的。本篇文章主要通過(guò)以STM32微處理器為控制核心，在與外部處理單元結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)出一款STM32數(shù)字示波器。

關(guān)鍵詞：STM32數(shù)字示波器 研究 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM935.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）02-000-01

因?yàn)槟壳皝?lái)說(shuō)數(shù)字處理器不夠靈活，而且復(fù)雜，且成本較高，所以采用stm32微處理器作為核心控制系統(tǒng)，作為觸發(fā)源來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字示波器。這樣的話，避免了目前所使用的示波器的復(fù)雜性，不用反復(fù)去研究復(fù)雜的一些電路設(shè)計(jì)，硬件方面的電路設(shè)計(jì)，也不用去費(fèi)勁腦汁去思考該怎么樣去設(shè)計(jì)程序，反復(fù)檢驗(yàn)，這些過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間大大降低，極大的降低了成本。再通過(guò)各種技術(shù)進(jìn)行采樣，重建波形，定時(shí)采樣，輸送數(shù)據(jù)，等等構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)。再通過(guò)外部處理單元，讓系統(tǒng)具備它所還有的分辨率，觸發(fā)以及耦合等等，再通過(guò)各種技術(shù)結(jié)合提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

一、硬件系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

1.輸入阻抗方面的設(shè)計(jì)

那么什么叫做輸入阻抗呢？其實(shí)我們大部分同學(xué)學(xué)過(guò)物理的都知道的，其實(shí)也就是我們平常所說(shuō)的電阻，在一段導(dǎo)體通電時(shí)，阻止電流流過(guò)的電阻的大小其實(shí)就是我們所說(shuō)的阻抗。這樣的話我們可以把輸入端想成一段導(dǎo)體，而輸入阻抗就是用通過(guò)輸入端的電壓除以電流，也就得到我們要求的阻抗了。而我們平時(shí)所見(jiàn)到的輸入阻抗不單單是一個(gè)電阻，他是有好多電容的電阻并肩起來(lái)的，也就是說(shuō)可以通過(guò)電路的接通斷開(kāi)來(lái)調(diào)節(jié)輸入阻抗的大小。我們?cè)谠O(shè)計(jì)stm32數(shù)字示波器時(shí)，設(shè)立相應(yīng)的電阻，因?yàn)槲覀兯O(shè)計(jì)的數(shù)字示波器要求非常精準(zhǔn)，不容易受到其他在家因素的影響，所以這是必須要考慮的問(wèn)題，也是為什么示波器在不斷更新的原因，所以說(shuō)數(shù)字示波器必須考慮到一個(gè)合適的輸入阻抗的值，能夠不受其他外界因素影響，更加精準(zhǔn)的測(cè)量數(shù)字波形圖。

2.如何管理信號(hào)的放大和縮小

為什么要特別關(guān)注輸入信號(hào)的大小呢，因?yàn)樵跀?shù)字示波器種，只有達(dá)到一定頻率的信號(hào)才會(huì)被采樣，所以就需要在信號(hào)輸入時(shí)經(jīng)過(guò)輸入端前邊的濾波處理器將輸入信號(hào)調(diào)節(jié)到能夠被采樣的提前設(shè)定好的數(shù)值，這樣才能夠被采樣，根據(jù)不同的輸入信號(hào)的大小，進(jìn)行放大或者縮小。

3.主控制芯片的設(shè)計(jì)

對(duì)于主控制芯片的選擇來(lái)說(shuō)是尤其重要的，首先來(lái)說(shuō)，他最重要的功能就是將輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，將輸入信號(hào)調(diào)整到能夠被滿足輸入條件且可以被采樣的條件，然后被采樣的一個(gè)過(guò)程，這其中要用到ADC引腳進(jìn)行采樣量化等等，對(duì)于應(yīng)該選擇什么樣的芯片，這點(diǎn)是特別重要的，首先我們要想到的就是內(nèi)部資源要非常龐大，可以容納我們所需要的很多信息，所以這一點(diǎn)很重要，而我們平時(shí)所見(jiàn)到的C51，寄存器等等都是不滿足的，再有就是要用到對(duì)外部信號(hào)要求較低的，這樣的話，幸好比較好輸入，也不會(huì)太受到外界因素的干擾，否則會(huì)用到很多芯片，造成不必要的麻煩，而且還要考慮到成本問(wèn)題，盡量發(fā)掘出低成本高效率的芯片材質(zhì)，所以以上兩點(diǎn)來(lái)看，DSP都是不太合適的，存在太多的限制條件。最近研發(fā)出的arm-CortexM3處理器是比較符合我們所要求的條件的，這就是我們所說(shuō)的低成本高質(zhì)量，他憑借著易操作性以及成本低真的是在適合不過(guò)了，一個(gè)是能夠直接調(diào)用內(nèi)部硬件，根本不用擔(dān)心內(nèi)部硬件問(wèn)題，大大地減少了內(nèi)部資源的占用率，快速高效，而且電路的設(shè)計(jì)也見(jiàn)到了很多，節(jié)約了很多人力和財(cái)力，也就是相當(dāng)于成本降低很多，而且質(zhì)量很高。極大地提高的性價(jià)比，提高了功能性。是最適合的材質(zhì)了。

4.顯示部分的設(shè)計(jì)

什么叫做顯示部分呢，也就是說(shuō)我們用示波器探測(cè)數(shù)字，那么我們是通過(guò)什么來(lái)觀察我們所測(cè)到的數(shù)字呢，這就是我們?nèi)庋鬯吹降牟糠郑簿褪俏覀兯f(shuō)的是顯示部分，據(jù)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們平時(shí)看電視，我們看到的人物圖像其實(shí)就是電視機(jī)的顯示部分，在拍攝時(shí)，演員的表顯示要求。當(dāng)今發(fā)展需要更多的顯示窗口的出現(xiàn)，所以就需要更加便捷的顯示部分，觸摸式的顯示部分是更加便捷的，所以呢，以前所使用的LCD12368就被淘汰了，我們現(xiàn)在使用的都是TFT觸摸屏，能夠簡(jiǎn)單操作，容易進(jìn)行顯示內(nèi)容的出現(xiàn)。

二、示波器系統(tǒng)軟件方面的設(shè)計(jì)

演通過(guò)數(shù)字示波器紀(jì)錄起來(lái)，再通過(guò)電視機(jī)的數(shù)字示波器的顯示部分表現(xiàn)出來(lái)，就形成了我們所看到的畫(huà)面。其實(shí)現(xiàn)在來(lái)說(shuō)以前的顯示部分已經(jīng)滿足不了我們當(dāng)今發(fā)展所需要的

1.STM32示波器軟件分析

通俗易懂來(lái)說(shuō)可以這樣理解，就是輸入信號(hào)在輸入短視會(huì)經(jīng)過(guò)濾波處理，在達(dá)到能夠接受的信號(hào)的范圍內(nèi)，輸出信號(hào)然后在進(jìn)行采樣，采取的數(shù)據(jù)是需要保存起來(lái)的，那么就通過(guò)內(nèi)部來(lái)保存，保存好了之后又將數(shù)據(jù)讀出來(lái)，相識(shí)出來(lái)動(dòng)態(tài)圖行，這個(gè)過(guò)程就結(jié)束了，那么怎么出現(xiàn)動(dòng)態(tài)波形圖呢，其實(shí)就是在下一個(gè)信號(hào)輸入后，直到要讀取出下一個(gè)信號(hào)后，之前得信號(hào)圖形就會(huì)經(jīng)過(guò)變形，與后邊的信號(hào)圖形一起形成波形圖，也就是我們所看到的顯示部分得數(shù)字波形圖，我們就是通過(guò)觀察數(shù)字波形圖來(lái)做分析。

2.對(duì)于信號(hào)發(fā)生器軟件的分析

信號(hào)發(fā)生器是用來(lái)干什么的，這是需要弄清楚的，其實(shí)就是用來(lái)計(jì)算輸入信號(hào)的波形的，將輸入信號(hào)或者輸出信號(hào)的波形計(jì)算清楚后，存儲(chǔ)起來(lái)，然后進(jìn)行循環(huán)使用，這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)以后等到有新的數(shù)據(jù)進(jìn)來(lái)之后再進(jìn)行更新，這就是信號(hào)軟件發(fā)生器的重要功能。可以起到模擬的作用。是非常重要的軟件之一。

3.對(duì)于電路設(shè)計(jì)分析

第一個(gè)首先要注意的就是電源，電源雖然在整個(gè)電路中沒(méi)有實(shí)際操作的作用，但是確實(shí)至關(guān)重要的，特別是對(duì)于電壓的提供，是不可置疑的，所以一定要選擇合適的電源，各方面都要考慮到，負(fù)責(zé)會(huì)有危險(xiǎn)發(fā)生。還有在選擇電阻時(shí)，一定要結(jié)合電路的各個(gè)電壓以及電流狀態(tài)去選擇電阻，還有就是在一些電位器中也存在有電阻，這些都是必須考慮到的，應(yīng)該先進(jìn)行模擬仿真選擇比較合適的電阻。最后是濾波的部分設(shè)計(jì)，要有合理的范圍，通過(guò)仿真模擬處理合理的濾波范圍。

總結(jié)

本篇文章主要是對(duì)STM32數(shù)字示波器進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬總結(jié)，帶領(lǐng)大家去了解一下示波器的含義以及作用，再有就是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所要注意的問(wèn)題以及探索電路的設(shè)計(jì)方法和規(guī)則，了解示波器的用處，示波器對(duì)于我國(guó)的科研發(fā)展來(lái)說(shuō)有很大的推動(dòng)作用，不斷創(chuàng)新不斷發(fā)展，想更加便捷高效的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]賈楠，許金.基于STM32與FPGA的數(shù)字示波器設(shè)計(jì)[J].裝備制造技術(shù). 2014（06）

[2]徐巧玉，李鵬，王軍委，趙傳鋒.便攜式數(shù)字存儲(chǔ)示波器的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表. 2014（04）

[3]馬超，高鵬，楊自芹，楊秀芹.基于STM32和μC/OS-Ⅱ的嵌入式數(shù)字示波器設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù). 2013（12）