摘 要

本论文设计了一款以STM32F103C8T6芯片为核心的单片机示波器，其主要由硬件电路和软件程序两大模块组成。硬件模块主要包括TFTLCD液晶显示屏、独立按键、ISP串口下载程序接口、时钟系统、电源系统等。软件模块主要包括A/D采样、液晶显示、中断定时以及一些必要的数据处理。本设计基于MDK5环境，下载程序到STM32芯片中，其可测量的带宽是0-3000 Hz,测量的幅度是0-3.3 V。经过多次测试与比较，本设计在实验过程中实现了波形的放大与缩小，以及低频波形的测量，从而达到预期目标。

相较于传统示波器，本设计的优点在于制作成本低廉，便于携带，能够测试一些小型电路，对于从事电子行业的工作者或者电路设计爱好者在电路制作和产品检测中，有着重要意义。

关键词：STM32 数字示波器 AD转换 TFT液晶显示屏

Designing Digital Oscilloscopes with STM32 Microcontrollers

Abstract

This paper designs a SCM oscilloscope with STM32F103C8T6 chip as the core, which mainly consists of two modules: hardware circuit and software program. The hardware module mainly includes TFTLCD LCD screen, independent keys, ISP serial port download program interface, clock system, power supply system and so on. The software module mainly includes A/D sampling, LCD display, interrupt timing and some necessary data processing. This design is based on MDK5 environment, download the program to STM32 chip, its measurable bandwidth is 0-3000 Hz, the measured range is 0-3.3 V. After many tests and comparisons, the design achieves the amplification and reduction of waveform and the measurement of low frequency waveform in the experimental process, so as to achieve the desired goal.

Compared with the traditional oscilloscope, this design has the advantages of low cost, easy to carry, and can test some small circuits. It is of great significance for the workers engaged in electronic industry or circuit design enthusiasts in circuit making and product testing.

Keywords: STM32; Digital oscilloscope; AD conversion; TFT liquid crystal display

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1设计背景 1

1.2设计的目的和意义 1

1.3 国内高校对于简易示波器研究的现状 2

1.4 设计的主要研究工作 3

1.5 本章小结 3

第二章 系统整体设计方案 4

2.1 硬件总体结构 4

2.2 主核芯片设计 4

2.3 TFT液晶显示屏设计 5

2.4 操作方式介绍 7

2.5 软件总体结构 8

2.6 本章小结 8

第三章 系统硬件设计 9

3.1 STM32主电路 9

3.2 显示控制部分 10

3.3复位电路 10

3.4调试接口电路 11

3.5时钟源电路 12

3.6 Boot启动电路 12

3.7 电源稳压电路 13

3.8本章小结 14

第四章 系统软件设计 15

4.1 Keil MDK开发环境介绍 15

4.2主程序设计 15

4.3 LCD显示程序设计 18

4.4 ADC采样程序 22

4.5峰峰值测量程序设计 22

4.6 中断程序设计 23

4.7本章小结 24

第五章 总结 25

参考文献 26

致 谢 28

附录一：实物图 29

附录二：原理图 30

附录三：PCB图 31

附录四：程序代码（部分） 32

第一章 绪论

1.1设计背景

在数字示波器诞生之前，我们最先使用的是利用显像管技术的模拟示波器，它的工作原理是通过电极产生电场将入射的电子束偏转打向荧光屏的荧光粉颗粒上，从而产生荧光来显示波形^[1]。在测量一些周期性信号，像正弦波，三角波时，这种传统示波器可以较为稳定地测量信号波形。但是对于测量一些非周期性的信号时，它不能正常的显示出来，甚至可能会导致波形的丢失。并且在测量低频小信号（低于30Hz）时，由于其失真率较大，需要通过移动光点来提高信号的波形和周期，这样将造成极大的误差。因此在实际的科研和生产工作中有着很大的局限性^[2]。

随着电子工业的发展，数字示波器的问世，这些问题才得到了解决。数字示波器是一种高性能的示波器，它与直接收集电压信号的传统示波器不同，是通过一个A/D转换器，将外界电压信号转变成电路中的数字信号。在整个过程中，它先是通过探头将外界捕捉到的不规则信号切分为一个个的样点值，然后将这些值存储到芯片内，接着再进行逻辑判断，划分出高低电平，最后将它们的波形进行重新构建^[3]。从这个过程可以看出，目前的数字示波器都可以实现波形的存储和处理功能。纵观当今世界的示波器发展，中国已经在示波器的市场上占有了一席之地，在300MHz的带宽之内，丝毫不逊色于发达国家的产品。但是若要求实现更高的带宽，可能还需要美国的技术支持，由此可见，中国的示波器制造还有很大的发展潜力。

1.2设计的目的和意义

电子技术的发展可谓是日新月异，控制芯片的更新换代更是如雨后春笋般层出不穷。从当初风靡业界的51单片机，到如今DSP、FPGA、ARM等等的百花齐放，这些都代表着控制处理器芯片的蓬勃发展。而STM32芯片更由于其具有优秀的运算速度和丰富的芯片资源以及低廉的价格而备受推广，在未来必将具有广阔的应用前景^[4]，

以STM32芯片为控制核心设计数字示波器时，通过采用数字内插的数字信号处理算法可以重新建立和还原波形，进而能够改善信号的波形和显示细节。另外在AD采样，数据运算，数据存储，数据分析等方面，它的速度也更加快速，实用性更加高^[6]。本设计通过接收任意电压信号显示出所接收的实时波形，能够准确地测量波形的峰峰值，最大值，最小值和频率以及完整显示动态波形。因此，这也说明了STM32单片机也能广泛应用于信号采集、课堂教学、工程实践等多领域。并且，它特别适于一些DIY群体，对于电子爱好者们而言，STM32能实现他们各种电子工业设计，因而推广面应该更广。

1.3 国内高校对于简易示波器研究的现状

对于用单片机设计数字示波器，国内各高校都有过不同的试验。下面对国内几所高校关于单片机开发示波器的情况 进行简单介绍：

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