开源！新手练级好项目，基于STM32的简易示波器

一、前言

二、硬件接线

• 将PA6与PA4相连，可观察到正弦波。

• 将PA6与PA5相连，可观察到三角波/噪声(默认三角波)。

• KEY_UP控制波形的更新和暂停。

• KEY_1降低采样率。

• KEY_0提高采样率。

三、信号的采集

四、代码配置

ADC的配置：

/**********************************************************
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

}   

定时器的配置：

/******************************************************************
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
}

DMA配置：

/******************************************************************
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
}

1. 由于在设置PWM时将TIM_Pulse默认设置为1000，因此在初始化定时器2时，TIM_Period的值不能小于该值，可自行修改。TIM_Pulse的值并不会影响采样频率。
2. 采样频率= 定时器2溢出频率=SYSCLK/预分频值/溢出值因此如果将TIM_Pulse设为1，TIM_Period设为2，TIM_Prescaler设为1，理论上采样频率最高可达36Mhz。

五、数据的处理

#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; i2; 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);
} 

六、模拟正弦波输出

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    {
        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;
}

七、模拟噪声或三角波输出

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 
}

void TIM4_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE); //时钟使能

    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  计数到5000为500ms
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  10Khz的计数频率  
    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(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

    TIM_SelectOutputTrigger(TIM4, TIM_TRGOSource_Update);//触发外设方式为更新触发
 
    TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);  //使能TIMx外设
        
}

八、显示函数与按键控制

1. 显示波形只需将所获得的1024个采样数据选择一部分进行显示大致思路如下：

u16 pre_vol;//当前电压值对应点的纵坐标
u16 past_vol;//前一个电压值对应点的纵坐标
//adcx[]数组及通过DMA存入的1024个原始数据
pre_vol = 50+adcx[x]/4096.0*100;
LCD_DrawLine(x,past_vol,x+1,pre_vol);//根据实际，打点位置可进行相应更改
past_vol = pre_vol;

2. 按键的控制是在外部中断中进行（正点原子资料中提供相应参考代码）比较重要的是改变采样频率。