毕业设计 stm32示波器设计与实现 - 单片机

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1 简介

Hi，大家好，今天向大家介绍一个学长做的单片机项目

基于stm32的示波器设计

大家可用于 课程设计 或 毕业设计

2 主要器件

3 实现效果

4 设计原理

学长设计的示波器采用了一套成本低廉但高效的硬件，配合层次化的软件框架，实现对常规低频信号波形的采集、分析、显示。

硬件部分的主要工作有：电源管理（5V、2.5V、-5V）；对信号的衰减、限幅、偏置。最后将处理好的电压信号送入MCU的ADC外设，进行数据采集。由于ADC外设只能采集正电压，因此我们通过增加偏置电压的方式，将负电压抬高来采集。

软件部分的主要工作有：底层驱动SDK框架、ADC滤波算法、波形数据处理、人机交互界面。SDK提供基本的模块和外设驱动支持，滤波算法去除噪声和毛刺，波形处理计算电压值和频率，并为波形显示做准备；人机交互界面提供屏幕显示（OLED屏）和操作方式（旋钮和按键）。

5 部分实现代码

部分核心代码：

/**********************************************************
简介：ADC1-CH6初始化函数
***********************************************************/															   
void  Adc_Init(void)
{ 	
	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );	  //使能ADC1通道时钟
 

	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M

	//PA6 作为模拟通道输入引脚                         
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		//模拟输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	

	ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值

	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//ADC工作模式:ADC1工作在独立模式
	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在单通道模式
	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//模数转换工作在非连续转换模式
	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2;	//转换由定时器2的通道2触发（只有在上升沿时可以触发）
	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	//ADC数据右对齐
	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器   

	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	//使能指定的ADC1
	
	ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);	//ADC的DMA功能使能
	
	ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准  
	 
	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_6, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5 );//ADC1通道6,采样时间为239.5周期	 
	 
	ADC_ResetCalibration(ADC1);//复位较准寄存器
	 
	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	//等待复位校准结束
	
	ADC_StartCalibration(ADC1);	 //开启AD校准
 
	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 //等待校准结束
 
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		//使能指定的ADC1的软件转换启动功能

}			

/******************************************************************
函数名称:TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
函数功能:定时器3，PWM输出模式初始化函数
参数说明:arr：重装载值
		 psc：预分频值
备    注:通过TIM2-CH2的PWM输出触发ADC采样
*******************************************************************/ 	
void TIM2_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);	//使能定时器2时钟
 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
 
   //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM2 CH2的PWM脉冲波形	GPIOA.1
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //TIM_CH2
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO
 
   //初始化TIM3
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
	
	//初始化TIM2 Channel2 PWM模式	 
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
 	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性:TIM输出比较极性高
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=1000;	//发生反转时的计数器数值，用于改变占空比
	TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM2

	TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, ENABLE);//使能PWM输出
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);  //使能TIM2
}
/******************************************************************
函数名称:MYDMA1_Config()
函数功能:DMA1初始化配置
参数说明:DMA_CHx：DMA通道选择
		 cpar：DMA外设ADC基地址
		 cmar：DMA内存基地址
		 cndtrDMA通道的DMA缓存的大小
备    注:
*******************************************************************/
void MYDMA1_Config(DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx,u32 cpar,u32 cmar,u16 cndtr)
{
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	
 	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA传输
	
    DMA_DeInit(DMA_CHx);   //将DMA的通道1寄存器重设为缺省值
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = cpar;  //DMA外设ADC基地址
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = cmar;  //DMA内存基地址
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;  //数据传输方向，从外设读取发送到内存//
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = cndtr;  //DMA通道的DMA缓存的大小
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外设地址寄存器不变
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //内存地址寄存器递增
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;  //数据宽度为16位
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; //数据宽度为16位
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;  //工作在循环模式
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA通道 x拥有高优先级 
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;  //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
	DMA_Init(DMA_CHx, &DMA_InitStructure);  //ADC1匹配DMA通道1
	
	DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA1_IT_TC1,ENABLE);	//使能DMA传输中断	
	
	//配置中断优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0 ;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;		
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	

	DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);//使能DMA通道
}
#define NPT 1024//一次完整采集的采样点数

/******************************************************************
函数名称:GetPowerMag()
函数功能:计算各次谐波幅值
参数说明:
备　　注:先将lBufOutArray分解成实部(X)和虚部(Y)，然后计算幅值(sqrt(X*X+Y*Y)
*******************************************************************/
void GetPowerMag(void)
{
    float X,Y,Mag,magmax;//实部，虚部，各频率幅值，最大幅值
    u16 i;
	
	//调用自cr4_fft_1024_stm32
	cr4_fft_1024_stm32(fftout, fftin, NPT);	
	//fftin为傅里叶输入序列数组，ffout为傅里叶输出序列数组
	
    for(i=1; i<NPT/2; i++)
    {
		X = (fftout[i] << 16) >> 16;
		Y = (fftout[i] >> 16);
		
		Mag = sqrt(X * X + Y * Y); 
		FFT_Mag[i]=Mag;//存入缓存，用于输出查验
		//获取最大频率分量及其幅值
		if(Mag > magmax)
		{
			magmax = Mag;
			temp = i;
		}
    }
	F=(u16)(temp*(fre*1.0/NPT));//源代码中此公式有误，将此复制进去
	
	LCD_ShowNum(280,180,F,5,16);
}					
u16 magout[NPT];
/******************************************************************
函数名称:InitBufInArray()
函数功能:正弦波值初始化，将正弦波各点的值存入magout[]数组中
参数说明:
备    注:
*******************************************************************/
void InitBufInArray(void)
{
    u16 i;
    float fx;
    for(i=0; i<NPT; i++)
    {
        fx = sin((PI2*i)/NPT);
        magout[i] = (u16)(2048+2048*fx);
    }
}

/******************************************************************
函数名称:sinout()
函数功能:正弦波输出
参数说明:
备    注:将此函数置于定时器中断中，可模拟输出正弦波
*******************************************************************/
void sinout(void)
{
	static u16 i=0;
	DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R,magout[i]);
	i++;
	if(i>=NPT)
		i=0;
}
void Dac2_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	DAC_InitTypeDef DAC_InitType;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );	  //使能PORTA通道时钟
   	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE );	  //使能DAC通道时钟 

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;				 // 端口配置
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; 		 //模拟输入
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
					
	DAC_InitType.DAC_Trigger=DAC_Trigger_T4_TRGO;	//定时器4触发
	DAC_InitType.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_Noise;//产生噪声
	//DAC_WaveGeneration_Triangle产生三角波
	DAC_InitType.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_TriangleAmplitude_4095;//幅值设置为最大，即3.3V
	DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ;	//DAC1输出缓存关闭 BOFF1=1
    DAC_Init(DAC_Channel_2,&DAC_InitType);	 //初始化DAC通道2

	DAC_Cmd(DAC_Channel_2, ENABLE);  //使能DAC-CH2
	
	DAC_SetChannel1Data(DAC_Align_12b_R, 0);  //12位右对齐数据格式设置DAC值	
}

6 最后