基于STM32示波器的研究与设计

叶豪文

摘 要：STM32数字示波器是不可缺少的，不论是在做实验，或者是研究中，都需要用到，而且是需要不断改进的。本篇文章主要通过以STM32微处理器为控制核心，在与外部处理单元结合起来，设计出一款STM32数字示波器。

关键词：STM32数字示波器 研究 设计

中图分类号：TM935.3 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）02-000-01

因为目前来说数字处理器不够灵活，而且复杂，且成本较高，所以采用stm32微处理器作为核心控制系统，作为触发源来设计数字示波器。这样的话，避免了目前所使用的示波器的复杂性，不用反复去研究复杂的一些电路设计，硬件方面的电路设计，也不用去费劲脑汁去思考该怎么样去设计程序，反复检验，这些过程所花费的时间大大降低，极大的降低了成本。再通过各种技术进行采样，重建波形，定时采样，输送数据，等等构成整个系统。再通过外部处理单元，让系统具备它所还有的分辨率，触发以及耦合等等，再通过各种技术结合提高系统稳定性。

一、硬件系统的方案设计

1.输入阻抗方面的设计

那么什么叫做输入阻抗呢？其实我们大部分同学学过物理的都知道的，其实也就是我们平常所说的电阻，在一段导体通电时，阻止电流流过的电阻的大小其实就是我们所说的阻抗。这样的话我们可以把输入端想成一段导体，而输入阻抗就是用通过输入端的电压除以电流，也就得到我们要求的阻抗了。而我们平时所见到的输入阻抗不单单是一个电阻，他是有好多电容的电阻并肩起来的，也就是说可以通过电路的接通断开来调节输入阻抗的大小。我们在设计stm32数字示波器时，设立相应的电阻，因为我们所设计的数字示波器要求非常精准，不容易受到其他在家因素的影响，所以这是必须要考虑的问题，也是为什么示波器在不断更新的原因，所以说数字示波器必须考虑到一个合适的输入阻抗的值，能够不受其他外界因素影响，更加精准的测量数字波形图。

2.如何管理信号的放大和缩小

为什么要特别关注输入信号的大小呢，因为在数字示波器种，只有达到一定频率的信号才会被采样，所以就需要在信号输入时经过输入端前边的滤波处理器将输入信号调节到能够被采样的提前设定好的数值，这样才能够被采样，根据不同的输入信号的大小，进行放大或者缩小。

3.主控制芯片的设计

对于主控制芯片的选择来说是尤其重要的，首先来说，他最重要的功能就是将输入信号进行调整，将输入信号调整到能够被满足输入条件且可以被采样的条件，然后被采样的一个过程，这其中要用到ADC引脚进行采样量化等等，对于应该选择什么样的芯片，这点是特别重要的，首先我们要想到的就是内部资源要非常庞大，可以容纳我们所需要的很多信息，所以这一点很重要，而我们平时所见到的C51，寄存器等等都是不满足的，再有就是要用到对外部信号要求较低的，这样的话，幸好比较好输入，也不会太受到外界因素的干扰，否则会用到很多芯片，造成不必要的麻烦，而且还要考虑到成本问题，尽量发掘出低成本高效率的芯片材质，所以以上两点来看，DSP都是不太合适的，存在太多的限制条件。最近研发出的arm-CortexM3处理器是比较符合我们所要求的条件的，这就是我们所说的低成本高质量，他凭借着易操作性以及成本低真的是在适合不过了，一个是能够直接调用内部硬件，根本不用担心内部硬件问题，大大地减少了内部资源的占用率，快速高效，而且电路的设计也见到了很多，节约了很多人力和财力，也就是相当于成本降低很多，而且质量很高。极大地提高的性价比，提高了功能性。是最适合的材质了。

4.显示部分的设计

什么叫做显示部分呢，也就是说我们用示波器探测数字，那么我们是通过什么来观察我们所测到的数字呢，这就是我们肉眼所看到的部分，也就是我们所说的是显示部分，据一个简单的例子，我们平时看电视，我们看到的人物图像其实就是电视机的显示部分，在拍摄时，演员的表显示要求。当今发展需要更多的显示窗口的出现，所以就需要更加便捷的显示部分，触摸式的显示部分是更加便捷的，所以呢，以前所使用的LCD12368就被淘汰了，我们现在使用的都是TFT触摸屏，能够简单操作，容易进行显示内容的出现。

二、示波器系统软件方面的设计

演通过数字示波器纪录起来，再通过电视机的数字示波器的显示部分表现出来，就形成了我们所看到的画面。其实现在来说以前的显示部分已经满足不了我们当今发展所需要的

1.STM32示波器软件分析

通俗易懂来说可以这样理解，就是输入信号在输入短视会经过滤波处理，在达到能够接受的信号的范围内，输出信号然后在进行采样，采取的数据是需要保存起来的，那么就通过内部来保存，保存好了之后又将数据读出来，相识出来动态图行，这个过程就结束了，那么怎么出现动态波形图呢，其实就是在下一个信号输入后，直到要读取出下一个信号后，之前得信号图形就会经过变形，与后边的信号图形一起形成波形图，也就是我们所看到的显示部分得数字波形图，我们就是通过观察数字波形图来做分析。

2.对于信号发生器软件的分析

信号发生器是用来干什么的，这是需要弄清楚的，其实就是用来计算输入信号的波形的，将输入信号或者输出信号的波形计算清楚后，存儲起来，然后进行循环使用，这些数据存储起来以后等到有新的数据进来之后再进行更新，这就是信号软件发生器的重要功能。可以起到模拟的作用。是非常重要的软件之一。

3.对于电路设计分析

第一个首先要注意的就是电源，电源虽然在整个电路中没有实际操作的作用，但是确实至关重要的，特别是对于电压的提供，是不可置疑的，所以一定要选择合适的电源，各方面都要考虑到，负责会有危险发生。还有在选择电阻时，一定要结合电路的各个电压以及电流状态去选择电阻，还有就是在一些电位器中也存在有电阻，这些都是必须考虑到的，应该先进行模拟仿真选择比较合适的电阻。最后是滤波的部分设计，要有合理的范围，通过仿真模拟处理合理的滤波范围。

总结

本篇文章主要是对STM32数字示波器进行简单的模拟总结，带领大家去了解一下示波器的含义以及作用，再有就是在设计过程中所要注意的问题以及探索电路的设计方法和规则，了解示波器的用处，示波器对于我国的科研发展来说有很大的推动作用，不断创新不断发展，想更加便捷高效的方向发展。

参考文献

[1]贾楠，许金.基于STM32与FPGA的数字示波器设计[J].装备制造技术. 2014（06）

[2]徐巧玉，李鹏，王军委，赵传锋.便携式数字存储示波器的设计[J].自动化与仪表. 2014（04）

[3]马超，高鹏，杨自芹，杨秀芹.基于STM32和μC/OS-Ⅱ的嵌入式数字示波器设计[J].电子技术. 2013（12）