基于正点原子潘多拉STM32L496开发板的简易示波器

一、前言

        由于需要对ADC采样性能的评估，重点在于对原波形的拟合性能。

        考虑到数据的直观性，本来计划采集后使用串口导出，并用图形做数据拟合，但是这样做的效率低下，不符合实时观察的需要，于是将开发板的屏幕用作波形模拟展示，虽然精度有所丢失，但是波形没有太大变形，有一定参考价值。

        目前开发板的版本是V3.4，主控STM32L496VET6。选择该主控的原因是adc部分的时钟是独立且可以调整的，F1和F4系列的时钟频率相对较低，最高36Mhz。

        L496可以到80Mhz，最大精度下采样率能够达到5.33Mhz，可以很大程度提高实验要求的实时性。

二、设计思路

        设计的关键在于ADC的采集方式和LCD的显示方式。

1、ADC配置

        在官方例程的框架基础上做了一些修改：

例程用的2倍分频，所以ADC时钟为40MHz，我改为了1分频，达到80MHz。其他根据自己需要修改。

通道配置部分，例程是放在了测量的时候配置，由于实时采集需要高频调用，于是我把这部分放到了初始化中，只保留了必须的部分：

例程为了可以实现任意通道的采样，所以在测量时才配置对应通道。但是要注意，初始化函数只对一个引脚做了配置，如果要测量其他通道还需要自行配置其他引脚。

时钟源可以参考CubeMX生成的代码，有多种组合方式，这里我采用最简单的，挂在系统时钟上：

2、定时器配置

       定时器就是正常配置为计数，开启溢出中断，没有使用其他功能。

        这部分没有采用定时器内置的触发ADC检测，我使用更为简单的标志位，这样便于调试和查错：

        count是测量计数，tim_flag是定时器溢出标志，用于主函数启动ADC采样。

3、led显示配置

这部分参考另一位博主的设计思路，在屏幕上建立坐标系，建立网格线：

        所有用于显示的函数都是使用官方的LCD驱动代码，要做的就是调整显示区域和颜色。

4、波形绘制

        最重要的就是波形模拟，这部分的主要思路是采集230次为一组，就是要显示的像素宽度，将每一次采集的数据保存，然后暂停定时器，处理数据，将模拟量转为电压值，找到最大最小值，刷新到屏幕，每两个相邻点之间连线，最后将计数值清零，开启定时器。

        描述的比较硬核，看代码就明白了：

if(count >= LCD_Width - 10)//如果显示的个数达到要求
{
    HAL_TIM_Base_Stop_IT(&TIM3_Handler);//定时器暂时关闭，先处理数据
    Display_Voltage_Net();	

    max = D_arr[0] * 3300 / 4096;
    min = D_arr[0] * 3300 / 4096;
    for(count = 0; count < LCD_Width - 10; count++)//进行最大值和最小值等处理
    {
        D_arr[count] = D_arr[count] * 3300 / 4096;//模拟量换成数字量电压，1mV为量度 
        if(D_arr[count] > max)
        {
            max = D_arr[count];
        }
        if(D_arr[count] < min)
        {
            min = D_arr[count];
        }
    }

    //最大值和最小值显示
    POINT_COLOR = BLACK;//设置画笔为黑色
    LCD_ShowString(0, 15, 20, 12, 12, "max");
    LCD_ShowNum(0, 27, max, 4, 12);
    LCD_ShowString(0, LCD_Height - 30 - 12, 20, 12, 12, "min");
    LCD_ShowNum(0, LCD_Height - 30, min, 4, 12);

    //显示处理
    for(count = 0; count < LCD_Width - 10; count++)
    {
        D_arr[count] = D_arr[count] / 3300 * (LCD_Height - 20);//显示范围
    }
    
    //数据显示在LCD上
    for(count = 10; count < LCD_Width - 11; count++)
    {
        //LCD_DrawLine(count + 10, LCD_Height - 10 - D_arr[count], count + 11, LCD_Height - 10 - D_arr[count + 1]);
        LCD_DrawLine(count, LCD_Height - 10 - D_arr[count], count + 1, LCD_Height - 10 - D_arr[count + 1]);
    }
    count = 0;//重新进行数据获取
    delay_ms(1000);
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM3_Handler);//定时器重新启动
}

三、实验结果

        根据本次实验的设计方式，实测定时器最快只能设置10微妙定时，更小的话会采样乱码，目前还没找到原因。

TIM3_Init(10 - 1, 80 - 1);//定时器3初始化 10us

        自动装载值为10，预分频80。也就是屏幕每一帧显示范围10us * 220  = 2.2毫秒，周期在该范围内的都能正常显示一帧，在频率为10khz时，波形较密集，应该是能看清的最高频率。

        读者可根据需要调整定时器的配置，低于10khz的方波都可以较清晰的模拟出来。

源码已上传至Gitee：

stm32: 一些stm32模块使用经验记录 - Gitee.comhttps://gitee.com/lrf1125962926/stm32/tree/Waveform_simulation/