基于STM32內(nèi)置ADC實(shí)現(xiàn)簡易示波器的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)做一個數(shù)字采樣示波器一直是我長久以來的愿望，不過畢竟這個目標(biāo)難度比較大，涉及的方面實(shí)在太多，模擬前端電路、高速ADC、單片機(jī)、CPLD/FPGA、通訊、上位機(jī)程序、數(shù)據(jù)處理等等，不是一下子就能成的，慢慢一步步來唄，呵呵，好歹有個目標(biāo)，一直在學(xué)習(xí)各方面的知識，也有動力：）由于高速ADC涉及到采樣后的數(shù)據(jù)存儲問題，大量的數(shù)據(jù)涌入使得單片機(jī)無法承受，因此通常需要用外部高速RAM加CPLD配合，或者干脆用大容量的FPGA做數(shù)據(jù)存儲處理等，然后通知單片機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。這部分實(shí)在是難度比較大，電路非常復(fù)雜，自己是有心無力啊，還得慢慢地技術(shù)積累。。。正好ST新推出市場的以CORTEX-M3為核心的STM32，內(nèi)部集成了2個1Msps12bit的獨(dú)立ADC，并且內(nèi)部高達(dá)72MHZ的主頻，高達(dá)1.25DMIPS/MHZ的處理速度，高速的DMA傳輸功能，靈活強(qiáng)大的4個TIMER等等，這些真是非常有吸引力，何不用它來實(shí)現(xiàn)一個低頻的數(shù)字示波器功能呢，我的目標(biāo)是暫時只要定量定性地分析20KHZ以下的低頻信號就行了，目標(biāo)不高吧，用STM32可以方便地實(shí)現(xiàn)，等有了一定經(jīng)驗(yàn)之后慢慢再用FPGA和高速ADC搞個100Msps采樣的示波器！

1、ADC轉(zhuǎn)換：STM32增強(qiáng)型芯片內(nèi)置的2個獨(dú)立ADC，可以有16個通道，并且2個通道可以并行的同步采樣，觸發(fā)方式很靈活，可以通過TIMER以及外部電平等方式觸發(fā)，并行方式下ADC2自動同步于ADC1；ADC在最高速采樣的時候需要1.5+12.5個ADC周期，在14M的ADC時鐘下達(dá)到1Msps的速度，因?yàn)槲抑黝l是72M所以4分頻后稍微高了點(diǎn)，18MHZ的ADC時鐘，采樣速度應(yīng)該高于1M了。ADC采樣2路同時采樣方式，用TIM2CC2來生成時鐘信號觸發(fā)ADC來實(shí)現(xiàn)指定頻率的采樣。ADC1/ADC2采樣的結(jié)果是一個word2、采樣頻率控制：由于STM32內(nèi)部的4個TIMER非常強(qiáng)大，每個TIMER又有4個通道，再加上獨(dú)立的預(yù)分配器，實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)任意分頻，因此用TIM2CC2來產(chǎn)生指定頻率的時鐘，用來觸發(fā)ADC1連續(xù)采樣。3、采樣數(shù)據(jù)傳輸及每次采樣深度控制：ADC產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)通過高速DMA通道1來傳輸置指定的內(nèi)部RAM中，并且將DMA通道一設(shè)置成最高優(yōu)先級，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并且用DMA每次傳輸?shù)膫€數(shù)來控制采樣的深度，例如我要采集100個點(diǎn)那么就設(shè)置DMA傳輸100個次，每次從32位ADC轉(zhuǎn)換寄存器傳輸一個word到RAM中，等完成了100次傳輸后，DMA通道自動停止（實(shí)際上ADC是一直按照要求的采樣頻率連續(xù)在后臺采樣，只是我去取數(shù)據(jù)而已），下次采集的時候我只要再設(shè)置下采樣的個數(shù)使能DMACHANNEL1就行了。4、與上位機(jī)通訊：通訊也是個難題，要達(dá)到快速地將大量數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)的目的，傳輸?shù)乃俾士隙ǖ筒涣?，開始我想先用串口，不過很快就放棄了，一則即使我用外部USB轉(zhuǎn)串口的芯片最高也只能達(dá)到1M的速度，并且數(shù)據(jù)會丟失；后來還是采用了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，用SPI接口的ENC28J60芯片，這個芯片我在MEGA32和AT91SAM7S64上都用過，接口簡單挺方便的，速度還可以，在SAM7S64上DMA凡是用UDP協(xié)議單向發(fā)送的速度可以達(dá)到400KB/S以上，這次用了STM32發(fā)現(xiàn)速度大增，經(jīng)過我用STM32的DMA傳輸后，同樣UDP協(xié)議單向發(fā)速度竟然達(dá)到了500KB/S以上，甚至最高可以達(dá)到600KB/S，這個真是意外的收獲。5、上位機(jī)程序：還是用VS2005，我還是喜歡用C#，主要是微軟的C#做得是在太舒服了，編輯器智能化程度真高，我只要剛剛輸個開頭的字母，馬上就感知出來一堆讓你選擇，連挨個敲字符的功夫都省了，還不用擔(dān)心拼寫出錯到時候找原因的麻煩，呵呵，缺點(diǎn)就是程序執(zhí)行時候CPU利用率要高點(diǎn)，什么時候它的C++編輯器也到這個程度我就換回C++，哈哈。波形顯示還是用NI的measurementStudio8來實(shí)現(xiàn)，一個是漂亮方便，另外最要緊的就是MeasurementStudio8里面有一大堆數(shù)據(jù)處理的庫，從簡單的波形有效值計(jì)算，頻率計(jì)算，到各種各樣的函數(shù)濾波器功能，還有FFT頻域分析，時域分析等等，但凡要用到的儀器相關(guān)處理里面都有，另外本來我打算要在模擬前端里面加一個相位鎖定的電路，以固定顯示的波形起點(diǎn)，后來發(fā)現(xiàn)MeasurementStudio8里面有個PeakDetector的類，用這個來實(shí)現(xiàn)波形的鎖定連這個電路都可以省了。用MeasurementStudio8來實(shí)現(xiàn)實(shí)在是非常方便，并且準(zhǔn)確。只是我沒啥資料，還在探索當(dāng)中顯示的界面及部分照片：數(shù)據(jù)采樣后輸出到PC上顯示的圖形很精確，包括MAX038產(chǎn)生的正弦波上部的小尖峰也很清楚，STM32的ADC精度很穩(wěn)定性相當(dāng)好，對于音頻范圍的低頻信號來說，1Msps的采樣也基本夠用了。只要采集足夠的點(diǎn)送給measurementsudio提供的函數(shù)來分析，可以達(dá)到非常精確的程度，12BIT的分辨率相當(dāng)于數(shù)字表的3位半的效果，用來測試信號的頻率、真有效值、峰值、峰峰值等等非常方便和精確，和我用硬件實(shí)現(xiàn)的頻率計(jì)和真有效值的讀數(shù)相同（這也說明了我做的信號發(fā)生器的硬件是準(zhǔn)確的，哈哈，之前跟數(shù)字表總對不上，看來是數(shù)字表準(zhǔn)確度差），實(shí)現(xiàn)完全可以當(dāng)作低頻示波器來用，再加上個模擬前端電路，完全可以實(shí)用化了正弦波：點(diǎn)擊查看圖片上位機(jī)的程序：上位機(jī)的程序還處在對于measuremenStudio的摸索當(dāng)中，只是初步了解到了幾個函數(shù)，用它來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)在是方便，lookpublicvoidDataReceived_Proc（）//UDP數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示函數(shù){try{while（bStates）{myudpcomm.Receive（refCommReceiveBuffer）;Received_Command=Bytes2Struct（refCommReceiveBuffer）;//textBox3.Text=Received_Command.SampleRate.ToString（）+（acEstimate++）.ToString（）;dADC1_Result=newdouble［Received_Command.SampleDepth］;dADC2_Result=newdouble［Received_Command.SampleDepth］;//數(shù)據(jù)處理，將通訊接收區(qū)中的ADC數(shù)據(jù)傳入繪圖用數(shù)組中for（inti=0;i《（int）（Received_Command.SampleDepth）;i++）{dADC1_Result=（BitConverter.ToUInt16（CommReceiveBuffer，40+4*（i+0）））*（3.3/4096.0）;dADC2_Result=（BitConverter.ToUInt16（CommReceiveBuffer，40+4*（i+0）+2））*（3.3/4096.0）;}str=“通道A（綠色）\r\n”;//測試真有效值Measurements.ACDCEstimator（dADC1_Result，outacEstimate，outdcEstimate）;//交流（AC方式相當(dāng)于信號通過一個電容隔直后進(jìn)行測量）和直流（DC直通方式進(jìn)行測量）真有效值測量str+=“AC方式有效值：”+（（int）（acEstimate*1000））.ToString（）+“mV”+“DC方式有效值”+（（int）（dcEstimate*1000））.ToString（）+“mV\r\n”;//測試信號頻率、振幅VpmySingleToneInformationADC1=newSingleToneInformation（dADC1_Result，Received_Command.SampleRate）;str+=“頻率：”+（（int）（acEstimate*1000）==0？0int）mySingleToneInformationADC1.Frequency）.ToString（）+“Hz”+“振幅Vp：”+（（int）mySingleToneInformationADC1.Amplitude*1000）.ToString（）+“mV\r\n”;str+=“\r\n通道B（紅色）\r\n”;//測試真有效值Measurements.ACDCEstimator（dADC2_Result，outacEstimate，outdcEstimate）;//交流（AC方式相當(dāng)于信號通過一個電容隔直后進(jìn)行測量）和直流（DC直通方式進(jìn)行測量）真有效值測量str+=“AC方式有效值：”+（（int）（acEstimate*1000））.ToString（）+“mV”+“DC方式有效值”+（（int）（dcEstimate*1000））.ToString（）+“mV\r\n”;//測試信號頻率、振幅VpmySingleToneInformationADC2=newSingleToneInformation（dADC2_Result，Received_Command.SampleRate）;str+=“頻率：”+（（int）（acEstimate*1000）==0？0：（int）mySingleToneInformationADC1.Frequency）.ToString（）+“Hz”+“振幅Vp：”+（（int）mySingleToneInformationADC1.Amplitude*1000）.ToString（）+“mV\r\n”;textBox3.Text=str;//ThresholdPeakDetector.Analyze用來找出從波谷到波峰上升沿頂點(diǎn)的數(shù)組序號//可以用于固定顯示波形從上升沿的某固定點(diǎn)開始，相當(dāng)與硬件的同步觸發(fā)電路功能//b=ThresholdPeakDetector.Analyze（dADC2_Result，2，10）;//foreach（intkinb）//{//textBox3.Text+=k.ToString（）+“”;//}//for（inti=0;i《Received_Command.SampleDepth-b［1］;i++）{//dADC1_Result=dADC2_Result［i+b［1］］;}//textBox3.Text+=b［b.Length-1］.ToString（）;//bIsUdpDataReceived=true;//表示接收到了UDP數(shù)據(jù)，允許進(jìn)行再次發(fā)送bIsDataReadyForPlot=true;myGraphPlotProc（）;//繪圖輸出*///myD1=newmyMethodDelegate（h）;//myD1（1）;}}catch（Exceptione1）{timer1.Enabled=false;MessageBox.Show（e1.ToString（））;}finally{timer1.Enabled=false;}}/*************************************************************************************繪圖輸出過程函數(shù)供，mygGraphPlotThread進(jìn)程調(diào)用*始終循環(huán)檢測bIsDataReadyForPlot，一旦為真則進(jìn)行繪圖，繪圖完成后置標(biāo)志為false***********************************************************************************/publicvoidmyGraphPlotProc（）//繪圖輸出函數(shù){//while（true）{if（bIsDataReadyForPlot）{waveformPlot1.PlotY（dADC1_Result）;waveformPlot2.PlotY（dADC2_Result）;bIsDataReadyForPlot=false;}}}下位機(jī)的程序：下位機(jī)的程序，也還在完善，現(xiàn)在只做到了基本的功能，還不穩(wěn)定，主要問題還是在傳輸上的，這次為了一次傳輸比較多的數(shù)據(jù)，要將UDP數(shù)據(jù)包分解，分成多個小于1518字節(jié)的幀發(fā)送，因此發(fā)現(xiàn)當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送快的時候很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)停止發(fā)送，以前用MEGA32和SAM7的時候沒注意過，當(dāng)時的處理速度也慢，沒暴露出來，想來想去可能是由于連續(xù)發(fā)送的時候速度太快導(dǎo)致的沖突，ENC28J60出錯掛起了，還是ENC28J60沒有吃透，對于里面的流控、以太網(wǎng)沖突檢測這些還需要進(jìn)一步研究。/********************（C）COPYRIGHT2007STMicroelectronics*********************STM32F10***雙通道ADC數(shù)據(jù)采集并通過ENC28J60實(shí)現(xiàn)UDP通訊傳輸*作者：alien2006*環(huán)境：keilforarmmdk3.15b*版本：V0.2*時間：20071202*說明：V0.2*一、網(wǎng)絡(luò)通訊部分*1、先采用STM32SPI輪詢方式進(jìn)行傳輸試驗(yàn)，ping00-l1400-n10*在輪詢方式下未改進(jìn)SPI1_SendByte（）函數(shù)（內(nèi)部直接用ST提供的函數(shù)語句）需avg=9ms時間*輪詢方式下將SPI1_SendByte（）函數(shù)中的4條語句修改為直接寄存器存取后avg提高到7ms*輪詢方式下取消SPI1_SendByte（）直接代之以函數(shù)中四語句avg提高到6ms*經(jīng)過上述的逐步修改，傳輸U(kuò)DP1400個字符時雙向傳輸（接收1400個字節(jié)再發(fā)送這1400個字節(jié)）間