信息学院15年电子竞赛训练简易示波器结题报告.docx
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信息学院15年电子竞赛训练简易示波器结题报告
摘要：
本题设计一个简易数字示波器，以STM32单片机为核心，辅以必要的外围电路（包括信号调理、A/D转换、D/A转换），实现了题目要求的功能，并且添加了自动测量（AUTO）的功能。
信号采集时，将外部输入信号经信号调理模块调节到A/D电路输入范围，经A/D转换后送入DMA（DirectMemoryAccess），通过液晶屏显示。
经测试，系统整体指标良好。
关键词：
示波器、前置放大、ADC、DAC、DMA
目录
摘要3
一、系统总体设计3
1、系统总体方案3
2、系统总体框图3
二、硬件设计3
1、电路方案
1）信号调理前置放大器3
2）A/D模块：
采用STM32单片机内置双A/D，采样频率高达1.6MHZ。
D/A模块：
采用STM32单片机内置双D/A。
3）键盘模块：
所需按键很少，所以采用自行焊接的独立按键。
4）液晶显示模块
2、电路图调理电路3
三、软件设计4
程序流程图4
四、测试结果6
附录:
主程序9
一、系统总体设计
1、系统总体方案:
设计信号调理电路，将需要测量的波形的参数调整到STM32单片机的ADC可以测量的范围。
信号经过调理电路后调节到A/D电路输入范围，经A/D转换后送入DMA（直接内存访问），通过液晶屏显示。
2、系统总体框图
图1（系统框图）
二、硬件设计
1、电路方案
1）信号调理前置放大器：
采用NE5532高性能低噪声运放。
为提高放大器带宽，我们选择采用四级运放级联的方式。
用跳线帽分别设置10dB、20dB、30dB、40dB的放大。
为适应片内单极性ADC的采样，在最后一级运放使用加法器对电压进行抬升。
40dB时，送入ADC的电压最大值在3.3V以下。
2）A/D模块：
采用STM32单片机内置双A/D，采样频率高达1.6MHZ。
D/A模块：
采用STM32单片机内置双D/A。
3）键盘模块：
所需按键很少，所以采用自行焊接的独立按键。
4）液晶显示模块：
采用TFT彩屏。
2、电路图
图2（前置放大原理图）
三、软件设计
程序框图：
四、测试结果
1、10mv、1mV输入指标测试：
10dB
20dB
30dB
40dB
3dB
1dB
3dB
1dB
3dB
1dB
3dB
1dB
10mV
带宽
?
?
2.25M
2.00M
1.88M
1.73M
400k
360k
增益带宽积
?
?
22.5M
20M
60.16M
55.36M
40M
36M
1mV
带宽
?
?
?
?
1.72M
1.63M
400k
350k
增益带宽积
?
?
?
?
55.04M
52.16M
40M
35M
表格1（注：
“？
”表示现有设备无法输出或无法测量）
2、输入电阻：
测量结果
51Ω
测量方法
如图，在信号源与放大器输入端之间串入一个已知的电阻R，分别测出图中
和
的电压值，根据公式
计算出
。
我们分别串入阻值为33Ω，10Ω的电阻，分别测量出输入电阻取平均值，得输入电阻的阻值
。
表格2
3、输出电阻：
测量结果
2.2Ω
测量方法
如下图所示，信号源给放大器加幅度和频率合适的交流信号输入。
在放大器的输出端接一个已知的负载电阻
和串联一个开关S，用电压表或示波器分别测出S打开和S闭合的输出电压值
和
则
=
-
图3
表格3
4、波形显示：
输入波形
显示波形
5、幅值测量：
增益
输入
10dB
20dB
30dB
40dB
10mV
输入测量/mv
？
9.7
10
10.4
实际测量/mv
？
9.56
9.38
9.7
1mV
输入测量/mv
？
？
？
？
实际测量/mv
？
？
？
？
表格4
6、回放波形（10mV输入）：
10dB增益：
20dB增益：
30dB增益：
40dB增益：
示波器观测回放波形并测量回放波形幅值是输入波形1/2。
附录：
主程序
#include"GUI.h"
#include"stm32f10x.h"
#include"adc.h"
#include"stdio.h"
#include"usart.h"
#include"osc.h"
#include"BSP.h"
#include"MainTask.h"
#include"timer.h"
#include"dac.h"
#include"nvic.h"
#include"GraphDemo.h"
#include"gpio.h"
externuint16_tOSC_Buffer[Sample_Count*2];//采样数组
externuint32_tFreq;//频率
externuint8_tproportion;
externcharrun;
intmain（void）
{
__set_PRIMASK
（1）;//关闭主中断
//初始化
NVIC_Configuration（）;
ADC_Config（）;
DAC_Config（）;
Capture_Init（）;
Button_Init（）;
proportion=30;
DMA_Cmd（DMA1_Channel1,ENABLE）;//开启ADC—DMA传输
__set_PRIMASK（0）;//开启总中断
RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE）;//用于触发ADC采样
RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE）;//用于输入捕获测量频率
DataTransfer（）;
BSP_Init（）;
MainTask（）;//绘制框架
TIM_Cmd（TIM1,ENABLE）;
while
（1）
{
if（run==1）
{
GUI_ClearRect（4,29,316,181）;
DispFrame（）;
GUI_SetColor（GUI_YELLOW）;
DataTransfer（）;
DisMeas（）;
DrawGraph（）;
GUI_Delay（100）;
}
}
}
voidADC1_2_IRQHandler（void）
{
ADC_ClearITPendingBit（ADC1,ADC_IT_EOC）;
DAC->DHR12R1=（ADC1->DR&0xFFFF）/2;
}
voidDMA1_Channel1_IRQHandler（void）//DMA传输完成中断
{
if（DMA_GetITStatus（DMA1_IT_TC1））
{
DMA_Cmd（DMA1_Channel1,DISABLE）;//
StartADC（）;
}
}
voidTIM2_IRQHandler（void）
{
if（TIM_GetITStatus（TIM2,TIM_IT_CC2）==SET）
{
/*ClearTIM3Capturecompareinterruptpendingbit*/
TIM_ClearITPendingBit（TIM2,TIM_IT_CC2）;
if（CaptureNumber==0）
{
/*GettheInputCapturevalue*/
IC2ReadValue1=TIM_GetCapture2（TIM2）;
CaptureNumber=1;
}
elseif（CaptureNumber==1）
{
/*GettheInputCapturevalue*/
IC2ReadValue2=TIM_GetCapture2（TIM2）;
/*Capturecomputation*/
if（IC2ReadValue2>IC2ReadValue1）
{
Capture=（IC2ReadValue2-IC2ReadValue1）;
}
else
{
Capture=（（0xFFFF-IC2ReadValue1）+IC2ReadValue2）;
}
/*Frequencycomputation*/
Freq=（uint32_t）2000000/Capture;
CaptureNumber=0;
}
}
}
//auto
voidEXTI0_IRQHandler（void）
{
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line0）;
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOA,GPIO_Pin_0）==RESET）
{
proportion=30;
TIM1->ARR=72000000/（Freq*26）;
TIM_Cmd（TIM1,ENABLE）;
}
}
voidEXTI3_IRQHandler（void）
{
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line3）;
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOA,GPIO_Pin_3）==RESET）
{
proportion+=1;
}
}
voidEXTI9_5_IRQHandler（void）
{
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line5）;
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line6）;
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line7）;
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOA,GPIO_Pin_5）==RESET）
{
proportion-=1;
}
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOA,GPIO_Pin_6）==RESET）
{
freq=72000000/TIM1->ARR;
if（freq+20000>=1700000）
SetSampRate（freq）;
else
SetSampRate（freq+20000）;
TIM_Cmd（TIM1,ENABLE）;
}
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOA,GPIO_Pin_7）==RESET）
{
freq=72000000/TIM1->ARR;
if（freq-20000<=20000&&freq-20000>4000）
{
SetSampRate（freq-2000）;
}
elseSetSampRate（freq-20000）;
TIM_Cmd（TIM1,ENABLE）;
}
}
voidEXTI15_10_IRQHandler（void）
{
EXTI_ClearITPendingBit（EXTI_Line13）;
for（i=0;i<720000;i++）;
if（GPIO_ReadInputDataBit（GPIOC,GPIO_Pin_13）==RESET）
{
if（run==1）
run=0;
elseif（run==0）
run=1;
}
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