具有自动量程功能的简易示波器

电子森林 2021-03-28 00:00

这是南信大马尚清同学的作品


因为本人也没学几天,学识浅薄,有错误问题难以避免。

已经实现的功能

  • Ain通道示波功能(量程为0-3.3V)

  • 示波器相关数据显示功能(通过二级菜单显示)

  • 波形自动量程功能


仍需完善的功能

  • 波形频率测量(软件测量波形周期代码编写过于简单,测试对于规则的上下对称的波形还可以测量,而对于其他的则测量偏差太大,仍需完善)

未能实现的功能

  • 采样速度的调节功能(对于采样率,时钟之间联系的理解不够,如果简单的改变采样间距会导致波形变形,造成偏差)

  • 快速傅里叶变换(不太能理解快速傅里叶变换是如何实现的,直接带入网上代码也会导致占用空间过大)

  • 上位机通讯功能(对于DMA理解不够,不知道应该如何将DMA中读取到ADC的数据上传到上位机中)

  • 采集板上的音频信号(采集信号波形与实际情况不合,故在设置中将MIC对应的PA1管脚关闭,后续可以继续优化)


实现过程

       这个项目是我第一次接触stm32系列的项目,也是第一次用HAL库来开发项目(虽然建议使用LL库来减少空间的占用,但是对于LL库,本人有点更难理解,所以就没有采用)。所以在实现的过程中,遇到了很多的困难,加上HAL库的教程也比较少,并且G031系列单片机也是比较新的产品线,所以没有多少能够借鉴的例子,所以一些看似很简单的功能,在实现他们时反倒难住了我,包括OLED屏幕点亮,ADC采样,波形显示等等问题。

       示波器实现过程的原理其实并不困难:由ADC采样到数据,将数据乘以330 除以4096,从而得到实时电压值,在把数据进行量化之后,储存进数组(数组内成员个数需要大于波形显示区域的横向像素点),通过数组的比较函数,得到数组内的最大电压以及最小电压(由于数组的最大值与最小值受到之前测量数值的影响,于是我采用每隔一段时间就复位一次来达到最大值和最小值能够随着测量进行不断更新而不会卡死在某一数值)。之后进行需要将电压值转换成应在应该显示在屏幕上的坐标(其中我将128*64的OLED显示屏的取107*47作为波形显示部分,因此右侧和下侧显示区域只留有不到16像素点,而正常的OLED显示程序里面字体是远大于此,所以我们需要使用0806字体,否则会造成字体显示错位),如果是固定量程则是由测量值与量程之间的比值得到示波器纵向坐标的比值,从而达到计算出点坐标。如果是动态范围则是测量值与数组范围内最大值与最小值的差之间的比值得到,此外还需要根据最大值和最小值更新网格线旁边的数值,这里就使用sprintf函数来达到不断更新字符串的目的,在通过OLED的字符串显示函数显示到OLED屏幕的指定位置上。之后波形的绘制则是通过ADC不断的采样,写入数组,读取数组,进行画点,更新数组,从而达到连续不断的显示输入波形的效果。

       而按键功能的实现可以通过按键中断回调函数(本人使用过程中会出现中断不了的现象,可能是中断优先级配置的问题)或者自行编写按键判断函数,放入while函数中不断循环运行从而达到不断扫描按键的效果。按键触发的逻辑也需要自己仔细的考虑,否则会造成连击,无法触发,循环触发等出乎意料的现象。此外而按键功能的设计一定要有严密的执行逻辑,否则容易造成按键冲突,或者程序卡死。此外需要设立按键标志位,来判断按键触发的次数,从而达到按键多用的功能。 

项目的一些细节部分:

  • 波形的显示函数中加入插值函数,这样才能使得示波器有能够轻易看出的连续波形,而不是一个个离散的点。

  • 按键的读取需要进行延时消颤处理,并加上触发判断,不然按键会多次激发,或者不激发,影响操作。

  • 按键多次触发功能是通过按键中断中简单的计数函数来判断按键被按下几次,判断按键是否进行长按与短按则是通过延时判断来的。

  • 波形显示时,需要将超出量程的值限制为最大值,否则会导致显示在其他区域。

  • 自动量程,通过测量值与最小值的差与数组内最大值与最小值差的比来算得测量值应该在OLED屏幕上的坐标,并且将示波器旁的数值改变为最大值与最小值,从而达到动态量程的效果。

  • 示波器的背景网格线最好不要使用图片显示,而使用间隔画点功能,从而达到绘制背景网格线的效果。否则容易造成OLED显示错乱和频闪等情况。

  • 在进行单片机数值计算时候,一定要注意运算完成后,数据类型已经精度问题,否则容易造成数据不准确,甚至错误数据的出现。

实现功能注意事项:

  • 注意OLED屏幕显示函数的位置坐标,有的代码是以默认的OLED最下方一排为0,有的进行了反相。

  • OLED Clear()函数不能够完全清屏,会有残留。

  • 使用OLED直接操纵点显示的函数时,一定要注意运行频率,否则会造成闪屏。

实现项目的感触

     通过这次寒假在家练项目,收获颇丰。通过自己亲自参与到项目的实现过程来,才能够发现问题,分析问题,寻找解决思路,从而解决问题。作为刚刚接触到STM32的萌新,这项项目让我能够快速学习。之前学习他人教程,觉得思路很清晰,实现起来很简单。但是当自己真正的接触到一项陌生的项目,没有现成的答案和结果等着自己的时候,才发现自己原来很多都不知道。正是由于项目中一个个出乎意料的问题的出现,才能逼迫着自己去查找资料,学习大神们写的代码,并尝试自己去解决。

未来完善功能

  • 能够兼容所有波形的频率测算功能

  • 学习快速傅里叶算法,简化FFT函数,使其能够在单片机剩余空间内实现

  • 波形发生器以及其他附加功能的开发

示波器功能图片

示波器主界面

示波器自动量程

示波器二级显示界面

百度网盘

  • HEX文件:https://pan.baidu.com/s/1a1k8JnGNaD-YbsNo9dUCyQ
    提取码:x4xr

  • 链接:https://pan.baidu.com/s/1MD34XkyJrvxBKFRYu88X6Q
    提取码:ka6j



电子森林 讲述电子工程师需要掌握的重要技能: PCB设计、FPGA应用、模拟信号链路、电源管理等等;不断刷新的行业新技术 - 树莓派、ESP32、Arduino等开源系统;随时代演进的热点应用 - 物联网、无人驾驶、人工智能....
评论
  • ARMv8-A是ARM公司为满足新需求而重新设计的一个架构,是近20年来ARM架构变动最大的一次。以下是对ARMv8-A的详细介绍: 1. 背景介绍    ARM公司最初并未涉足PC市场,其产品主要针对功耗敏感的移动设备。     随着技术的发展和市场需求的变化,ARM开始扩展到企业设备、服务器等领域,这要求其架构能够支持更大的内存和更复杂的计算任务。 2. 架构特点    ARMv8-A引入了Execution State(执行状
    丙丁先生 2025-01-12 10:30 471浏览
  • 随着数字化的不断推进,LED显示屏行业对4K、8K等超高清画质的需求日益提升。与此同时,Mini及Micro LED技术的日益成熟,推动了间距小于1.2 Pitch的Mini、Micro LED显示屏的快速发展。这类显示屏不仅画质卓越,而且尺寸适中,通常在110至1000英寸之间,非常适合应用于电影院、监控中心、大型会议、以及电影拍摄等多种室内场景。鉴于室内LED显示屏与用户距离较近,因此对于噪音控制、体积小型化、冗余备份能力及电气安全性的要求尤为严格。为满足这一市场需求,开关电源技术推出了专为
    晶台光耦 2025-01-13 10:42 512浏览
  •   在信号处理过程中,由于信号的时域截断会导致频谱扩展泄露现象。那么导致频谱泄露发生的根本原因是什么?又该采取什么样的改善方法。本文以ADC性能指标的测试场景为例,探讨了对ADC的输出结果进行非周期截断所带来的影响及问题总结。 两个点   为了更好的分析或处理信号,实际应用时需要从频域而非时域的角度观察原信号。但物理意义上只能直接获取信号的时域信息,为了得到信号的频域信息需要利用傅里叶变换这个工具计算出原信号的频谱函数。但对于计算机来说实现这种计算需要面对两个问题: 1.
    TIAN301 2025-01-14 14:15 113浏览
  • 食物浪费已成为全球亟待解决的严峻挑战,并对环境和经济造成了重大影响。最新统计数据显示,全球高达三分之一的粮食在生产过程中损失或被无谓浪费,这不仅导致了资源消耗,还加剧了温室气体排放,并带来了巨大经济损失。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗(SIX:AMS)近日宣布,艾迈斯欧司朗基于AS7341多光谱传感器开发的创新应用来解决食物浪费这一全球性难题。其多光谱传感解决方案为农业与食品行业带来深远变革,该技术通过精确判定最佳收获时机,提升质量控制水平,并在整个供应链中有效减少浪费。 在2024
    艾迈斯欧司朗 2025-01-14 18:45 68浏览
  • PNT、GNSS、GPS均是卫星定位和导航相关领域中的常见缩写词,他们经常会被用到,且在很多情况下会被等同使用或替换使用。我们会把定位导航功能测试叫做PNT性能测试,也会叫做GNSS性能测试。我们会把定位导航终端叫做GNSS模块,也会叫做GPS模块。但是实际上他们之间是有一些重要的区别。伴随着技术发展与越发深入,我们有必要对这三个词汇做以清晰的区分。一、什么是GPS?GPS是Global Positioning System(全球定位系统)的缩写,它是美国建立的全球卫星定位导航系统,是GNSS概
    德思特测试测量 2025-01-13 15:42 500浏览
  • 随着通信技术的迅速发展,现代通信设备需要更高效、可靠且紧凑的解决方案来应对日益复杂的系统。中国自主研发和制造的国产接口芯片,正逐渐成为通信设备(从5G基站到工业通信模块)中的重要基石。这些芯片凭借卓越性能、成本效益及灵活性,满足了现代通信基础设施的多样化需求。 1. 接口芯片在通信设备中的关键作用接口芯片作为数据交互的桥梁,是通信设备中不可或缺的核心组件。它们在设备内的各种子系统之间实现无缝数据传输,支持高速数据交换、协议转换和信号调节等功能。无论是5G基站中的数据处理,还是物联网网关
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:20 449浏览
  • 随着全球向绿色能源转型的加速,对高效、可靠和环保元件的需求从未如此强烈。在这种背景下,国产固态继电器(SSR)在实现太阳能逆变器、风力涡轮机和储能系统等关键技术方面发挥着关键作用。本文探讨了绿色能源系统背景下中国固态继电器行业的前景,并强调了2025年的前景。 1.对绿色能源解决方案日益增长的需求绿色能源系统依靠先进的电源管理技术来最大限度地提高效率并最大限度地减少损失。固态继电器以其耐用性、快速开关速度和抗机械磨损而闻名,正日益成为传统机电继电器的首选。可再生能源(尤其是太阳能和风能
    克里雅半导体科技 2025-01-10 16:18 331浏览
  • 流量传感器是实现对燃气、废气、生活用水、污水、冷却液、石油等各种流体流量精准计量的关键手段。但随着工业自动化、数字化、智能化与低碳化进程的不断加速,采用传统机械式检测方式的流量传感器已不能满足当代流体计量行业对于测量精度、测量范围、使用寿命与维护成本等方面的精细需求。流量传感器的应用场景(部分)超声波流量传感器,是一种利用超声波技术测量流体流量的新型传感器,其主要通过发射超声波信号并接收反射回来的信号,根据超声波在流体中传播的时间、幅度或相位变化等参数,间接计算流体的流量,具有非侵入式测量、高精
    华普微HOPERF 2025-01-13 14:18 497浏览
  • 01. 什么是过程能力分析?过程能力研究利用生产过程中初始一批产品的数据,预测制造过程是否能够稳定地生产符合规格的产品。可以把它想象成一种预测。通过历史数据的分析,推断未来是否可以依赖该工艺持续生产高质量产品。客户可能会要求将过程能力研究作为生产件批准程序 (PPAP) 的一部分。这是为了确保制造过程能够持续稳定地生产合格的产品。02. 基本概念在定义制造过程时,目标是确保生产的零件符合上下规格限 (USL 和 LSL)。过程能力衡量制造过程能多大程度上稳定地生产符合规格的产品。核心概念很简单:
    优思学院 2025-01-12 15:43 533浏览
  • 根据Global Info Research(环洋市场咨询)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机电池和电源产值达到2834百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为10.1%。 无人机电池是为无人机提供动力并使其飞行的关键。无人机使用的电池类型因无人机的大小和型号而异。一些常见的无人机电池类型包括锂聚合物(LiPo)电池、锂离子电池和镍氢(NiMH)电池。锂聚合物电池是最常用的无人机电池类型,因为其能量密度高、设计轻巧。这些电池以输出功率大、飞行时间长而著称。不过,它们需要
    GIRtina 2025-01-13 10:49 201浏览
  • 新年伊始,又到了对去年做总结,对今年做展望的时刻 不知道你在2024年初立的Flag都实现了吗? 2025年对自己又有什么新的期待呢? 2024年注定是不平凡的一年, 一年里我测评了50余块开发板, 写出了很多科普文章, 从一个小小的工作室成长为科工公司。 展望2025年, 中国香河英茂科工, 会继续深耕于,具身机器人、飞行器、物联网等方面的研发, 我觉得,要向未来学习未来, 未来是什么? 是掌握在孩子们生活中的发现,和精历, 把最好的技术带给孩子,
    丙丁先生 2025-01-11 11:35 465浏览
  • 数字隔离芯片是现代电气工程师在进行电路设计时所必须考虑的一种电子元件,主要用于保护低压控制电路中敏感电子设备的稳定运行与操作人员的人身安全。其不仅能隔离两个或多个高低压回路之间的电气联系,还能防止漏电流、共模噪声与浪涌等干扰信号的传播,有效增强电路间信号传输的抗干扰能力,同时提升电子系统的电磁兼容性与通信稳定性。容耦隔离芯片的典型应用原理图值得一提的是,在电子电路中引入隔离措施会带来传输延迟、功耗增加、成本增加与尺寸增加等问题,而数字隔离芯片的目标就是尽可能消除这些不利影响,同时满足安全法规的要
    华普微HOPERF 2025-01-15 09:48 83浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦