Core：工程核心代码，如main函数，外设初始化函数等；
Drivers：stm32的HAL库和LL库驱动；
common：不同功能的公用部分，包括按键读取和LCD驱动；
dc_source：直流电压源功能的实现代码；
pwm：PWM发生器功能的实现代码；
scope_spectrum：示波器和频谱仪功能的实现代码；
signal_source：波形发生器功能的实现代码。
双通道示波器：采集最大10Vpp、最高100KHz的模拟信号，FFT并频谱显示
波形发生器：正弦波、三角波、方波，频率可调，最高为100KHz，可调输出幅度，最大8Vpp，可调直流偏移，从-4V到+4V
PWM发生器，可调频率和占空比
双路可编程直流电压源，-4V到+4V可调，可以设置为独立模式和跟踪模式
2个按键、一个拨轮开关控制菜单的所有操作
240 * 240的LCD显示波形、参数、菜单
时间分度值：5ms、2ms、1ms、500us、200us、100us、50us，分别对应采样率3.2kHz、8kHz、16 kHz、32 kHz、80 kHz、160 kHz、320 kHz；
自动（A）或手动（M）Y轴缩放；
电压分度值：0.02V、0.04 V、0.1 V、0.16 V、0.2 V、0.24 V、0.3 V、0.36 V、0.4 V、0.5 V、0.8 V、1 V；
主通道，即Y轴自动缩放和触发功能的基准通道；
触发边沿：上升沿或者下降沿；
触发状态及模式：字母代表触发模式（C：连续触发，S：单次触发，X：关闭触发），颜色代表触发状态（红色：触发失败，青绿色：触发成功，棕色：触发关闭）；
波形显示区：显示两个输入通道的波形（CH1：黄色，CH2：绿色）；
Y轴电压指示：坐标区顶部、中间和底部的电压值；
通道开关：CH1开启：黄色，CH2开启：绿色，通道关闭：棕色；
通道信息：通道直流电压值、电压峰峰值、频率。
信号频谱（CH1：黄色，CH2：绿色）；
频率轴刻度，单位为kHz；
当前采样率（同示波器）；
通道开关：CH1开启：黄色，CH2开启：绿色，通道关闭：棕色。
输出开关；
波形类型：正弦波、方波、三角波；
频率：调节范围为0.1kHz至100kHz；
电压幅值（峰峰值一半）：调节范围为0V~4V；
直流偏移：调节范围为-4V至4V。
输出开关；
频率：调节范围为1kHz至100kHz；
占空比：0%至100%。
跟踪开关：若开启跟踪，则只能手动调节通道1的参数，通道2跟随通道1自动调整，电压为通道1电压的相反数；
通道1/2输出开关；
通道1/2输出电压：范围为-4V至4V。
ADC对模拟输入进行采样，采样由定时器触发，采样结果由DMA搬运；
将采样得到的ADC量化值映射到屏幕坐标点上，实现波形显示；
对采样序列进行FFT变换，绘制频谱；
按下按键调整采样频率，实现波形在时间轴上的扩展与压缩；
信号参数的显示，如峰峰值、直流分量、信号频率等。
根据预设的输出信号波形信息生成查找表；
DMA将查找表数据逐项搬运至DAC进行输出，搬运由定时器触发；
按键调整输出使能、信号参数等。
使用STM32定时器自带的PWM功能输出PWM信号；
按键调整输出使能、频率与占空比，并进行定时器参数的更新。
使用STM32定时器自带的PWM功能生成PWM信号，经低通滤波器后输出直流信号；
改变PWM的占空比即可改变直流电压值。
/**
* @brief Start a new sample sequence.
* @param[in] ADCValue_raw Array to store incoming sample values.
* @retval None
*/
void start_sample(uint16_t *ADCValue_raw)
{
HAL_Delay(1);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc);
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc, (uint32_t *)ADCValue_raw, SAMPLE_POINTS * 2);
}void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
finish_sample();
}/**
* @brief Split raw ADCValue array to a 2-D array based on channels.
* @param[in] ADCValue_raw Array to store raw sample values.
* @param[out] ADCValue 2-D array of split sample values.
* @note Each row in ADCValue contains sample values in a channel.
* @retval None
*/
void ADCValue_split(uint16_t *ADCValue_raw, uint16_t ADCValue[][SAMPLE_POINTS])
{
uint16_t i;
for (i = 0; i < SAMPLE_POINTS; i++)
{
ADCValue[CH2][i] = ADCValue_raw[2*i];
ADCValue[CH1][i] = ADCValue_raw[2*i+1];
}
}/**
* @brief Wave trigger.
* @param[in] ADCValue Array of sampled ADC values (one channel).
* @param[in] total_points Total sampled points.
* @retval Index of the trigger start point(>1). 0 means trigger off or failed.
*/
uint16_t trigger(uint16_t *ADCValue, uint16_t total_points)
{
uint16_t i;
uint16_t trigger_value = VOL2ADC(0);
if (!is_trigger_on())
return 0;
for (i = 1; i < total_points - GRAPH_WIDTH + 2; i++)
{
if (!get_trigger_edge()) // falling edge
{
if (ADCValue[i-1] > trigger_value && ADCValue[i] <= trigger_value)
{
trigger_success();
if (is_trigger_single())
pause();
return i;
}
}
else
{
if (ADCValue[i-1] <= trigger_value && ADCValue[i] > trigger_value)
{
trigger_success();
if (is_trigger_single())
pause();
return i;
}
}
}
trigger_fail();
return 0;
}/**
* @brief Automatically find the central/max/min voltage on y-axis.
* @param[in] ADCValue Array of sampled ADC values (one channel).
* @note The function calculates the min/max voltage of the main channel signal,
* then find a proper scale voltage and a central voltage on y-axis.
* @retval None
*/
void auto_scale(uint16_t *ADCValue)
{
uint16_t a_max_value, a_min_value, a_pp_value;
get_max_min_pp_value(ADCValue, &a_max_value, &a_min_value, &a_pp_value);
voltage_range_auto_select(ADC2VOL(a_min_value) > -ADC2VOL(a_max_value) ? ADC2VOL(a_min_value) : -ADC2VOL(a_max_value));
volt_on_y_axis.center_voltage = 0;
volt_on_y_axis.max_voltage = volt_on_y_axis.center_voltage + v_scale_list[v_scale_index];
volt_on_y_axis.min_voltage = volt_on_y_axis.center_voltage - v_scale_list[v_scale_index];
}/**
* @brief Generate y-coordinates of the wave.
* @param[in] ADCValue 2-D array of sampled ADC values (all channels).
* @param[in] trigger_index index of the first point of triggered wave
* @param[out] y 2-D Y-coordinate array of the wave.
* @note The function map ADCValues to LCD y coordinates.
* @retval None
*/
void generate_wave(uint16_t ADCValue[][SAMPLE_POINTS], uint16_t trigger_index, uint8_t y[][GRAPH_WIDTH])
{
// Quantize y-axis min/max voltages to ADC values.
int16_t a_max_value = VOL2ADC(volt_on_y_axis.min_voltage);
int16_t a_min_value = VOL2ADC(volt_on_y_axis.max_voltage);
uint8_t i;
enum channel ch;
for (ch = 0; ch < NUM_CH; ch++)
{
// Linearly map every ADC value to its coordinate.
for (i = 0; i < GRAPH_WIDTH - 1; i++)
{
if (ADCValue[ch][i+trigger_index] <= a_max_value && ADCValue[ch][i+trigger_index] >= a_min_value)
y[ch][i] = (GRAPH_HEIGHT - 1) * (ADCValue[ch][i+trigger_index] - a_min_value) / (a_max_value - a_min_value) + GRAPH_START_Y;
else if (ADCValue[ch][i+trigger_index] > a_max_value)
y[ch][i] = GRAPH_HEIGHT + GRAPH_START_Y - 1;
else if (ADCValue[ch][i+trigger_index] < a_min_value)
y[ch][i] = GRAPH_START_Y;
}
}
}/**
* @brief Display wave on LCD.
* @param[in] y Y-coordinate array of the wave.
* @param[in] y_prev Y-coordinate array of the wave to be cleared.
* @param[in] ch channel of the wave
* @retval None
*/
void display_wave(const uint8_t *y, const uint8_t *y_prev, enum channel ch)
{
uint8_t x;
for (x = GRAPH_START_X; x < GRAPH_WIDTH - 1; x++)
{
ST7789_DrawLine(x, y_prev[x-GRAPH_START_X], x + 1, y_prev[x-GRAPH_START_X+1], BLACK);
ST7789_DrawLine(x, y[x-GRAPH_START_X], x + 1, y[x-GRAPH_START_X+1], ch_color[ch]);
}
}
// Select frequency range and register timer's parameters
if (freq >= 100 && freq < 1000)
{
// FMCLK = 100kHz, 48M / 960 * 2 = 100kHz
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, 960-1);
dds.lutLen = (uint32_t)(100000 / freq);
getNewWaveLUT(dds.lutLen, dds.waveType, dds.amp, dds.offset);
}
else if (freq >= 1000 && freq < 10000)
{
// FMCLK = 1MHz, 48M / 96 * 2 = 1MHz
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, 96-1);
dds.lutLen = (uint32_t)(1000000 / freq);
getNewWaveLUT(dds.lutLen, dds.waveType, dds.amp, dds.offset);
}
else if (freq >= 10000 && freq < 100000)
{
// FMCLK = 2MHz, 48M / 48 * 2 = 2MHz
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim3, 48-1);
dds.lutLen = (uint32_t)(2000000 / freq);
getNewWaveLUT(dds.lutLen, dds.waveType, dds.amp, dds.offset);
}void getNewWaveLUT(uint32_t length, uint8_t type, uint8_t amp, int8_t offset)
{
uint16_t a_offset_value = DAC_AMP - (int32_t)DAC_AMP * offset / DDS_MAX_AMP;
char str[6];
sprintf(str, "%5u", a_offset_value);
ST7789_WriteString(10, 220, str, Font_11x18, WHITE, BLACK);
if (type == SINE_WAVE)
{
float sin_step = 2.0f * 3.14159f / (float)(length-1);
for (uint16_t i = 0; i < length; i++)
{
dds_lut[i] = (uint16_t)(a_offset_value - (DAC_AMP * sinf(sin_step*(float)i) * amp / DDS_MAX_AMP));
}
}
else if (type == SQUARE_WAVE)
{
for(uint16_t i = 0; i < length / 2; i++)
{
dds_lut[i] = a_offset_value - DAC_AMP * amp / DDS_MAX_AMP;
dds_lut[i + (length / 2)] = a_offset_value + DAC_AMP * amp / DDS_MAX_AMP;
}
}
else if (type == TRIANGLE_WAVE)
{
uint16_t tri_step = DAC_AMP * 2 * amp / DDS_MAX_AMP / (length/2);
for(uint16_t i = 0; i < length / 2; i++)
{
dds_lut[i] = a_offset_value - DAC_AMP * amp / DDS_MAX_AMP + tri_step*i;
dds_lut[length - i - 1] = dds_lut[i];
}
}
}时钟频率的问题：G0芯片的时钟频率是64M，而F0芯片是48M，代码中许多与时钟相关的地方需要重新调整频率值。
ADC转换通道问题：寒假的项目中ADC每次只需要对一个通道进行采样，通过按键切换到另一通道；而F0芯片需要对两个ADC通道同时采样，而且转换结果也是放在一个数组里交替存储的，需要将其分开，因此很多函数的输入参数都需要从原来的一维数组改为二维数组，以同时处理两个通道的数据。
屏幕驱动及显示问题：寒假的项目使用的是OLED屏幕，本次项目使用的是LCD屏幕，且两个屏幕的分辨率、驱动等均不同。本次项目LCD显示部分我使用了Floyd-Fish的ST7789库（链接：https://github.com/Floyd-Fish/ST7789-STM32），该库底层使用HAL库实现，但作为示波器显示波形时波形刷新速度很慢，经常卡顿，我将其改为LL库后刷新速度有了很大提升。HAL库的SPI发送函数调用了很多子函数，非常繁琐耗时，而LL库的SPI发送函数只有几步寄存器操作，极为高效。
可以引出调试接口（UART或SWD）或增加LED指示灯，在这次活动中我主要使用LCD显示调试内容，较为不便。
主控芯片STM32F072的资源有限。可以更换更好的主控芯片，来提高采样率，采样点数等从而实现更高的性能，也能实现更快的屏幕刷新速度。
示波器测得的电压与波形发生器输出的电压值有一些误差，误差来源可能是算法中的误差或者是运放电路中元件参数的误差。虽然可以通过软件进行线性矫正或利用反馈端口进行调节，但由于时间精力有限未能完成。
当前触发电平被固定在0V，且无法（不修改代码）调节，导致一些波形（如PWM波，电压值恒≥0V）无法准确被触发，以后可以添加调节触发电平的功能。
这款基于STM32F072的口袋仪器是一款专用于嵌入式编程学习的平台，硬禾学堂同时开发了一款基于STM32G491的商用版本，已经上线Kickstarter众筹平台：Kickstarter上众筹的多功能袖珍仪器 - 随时、随地学习电路、调试电路的好帮手
硬件设计跟这款STM32F072的平台基本一致。
祝周末愉快！
