基于STM32的虛擬示波器

示波器是電子測量行業(yè)最 常用 的測量儀器之一， 主要用來測量并顯示被測信號的波形等參數 ，在很多領域得到廣泛的應用。虛擬示波器突破了傳統示波器的性能局限，在功能和應用性上發(fā)生了根本性變化。虛擬示波器不僅實現了傳統示波器的功能 ，而且利用功能強大的微型計算機來完成信號的分析、處理，利用軟件技術在屏幕上設計出逼真的儀器面板并顯示各種特征圖形。計算機功能最大化地服務于虛擬儀器，使儀器功能得到充分發(fā)展和完善_1］。

系統采用意法半導體公司開發(fā)的基于 CortexM3內核的新型 32位微控制器 STM32F103x作為主控芯 片。該芯片 內部集成 了全速 USB2．0設備 接口模塊和 16通道的 12位高精度 A／D轉換器，單芯片即可完成設計任務 ，避免了復雜的接 口電路設計，有效地降低了系統接口的復雜度和系統開發(fā)的難度 ，在很大程度上提高了系統 的穩(wěn)定性。同時，結合基于 v（++開發(fā)平臺對信號進行存儲和顯示。該系統體積小巧、簡單易用，能夠實現 1MHz的采樣速度，與 PC機通信的最高速率達到 1Mbyte／s。

1 系統硬件設計根據系統的功能需求 ，系統結構圖如圖 1所示，主要包括 ：信號輸入接 口模塊 、信號調理模塊、數據采集及緩存模塊、USB2．0通信模塊等 ］。工作流程如下 ：系統通過 USB接 口接到主機上后獲得 5V 電源，微控制器 STM32對硬件設備進行初始化，并通過內部 USB硬件控制器來完成 USB設備的枚舉工作。A／D轉換器是通過定時器來觸發(fā)采樣的，以保證其 以恒定 的時間 間隔對模 擬信號進行模 數轉換 ，在完成規(guī)定長度的采集工作之后 ，將數據存入高速數據存儲器中（RAM）。在規(guī)定的觸發(fā)條件滿足時，數據采集系統中的控制電路使能 DMA通道 ，將 A／D所 采集 的數據 傳輸 至 USB的緩 沖 區(qū) 中，由 USB接 口電路將這些數據傳輸給上位機。

信號輸入及調理模塊主要完成信號衰減 ，程控放大，疊加直流分量。衰減電路是為了保證在較大的信號輸入時，能夠在 A／D采樣 的范圍之內，避免 回顯時造成信號的失真或是損壞元器件。程控放大電路是將待測的小信號進行放大，曲模擬開關 CD4051、運放 NE5532和可變電阻器構成 ，并通過 MCU切換放大倍數，電路如 圖 2所示 。數 據采集 及緩存 模塊 和 USB2．0通信模塊是 由微控制器 STM32F103x獨 自實現的。由于 MCU內部 自帶的 A／D無法對負電壓進行采集，而待測信號往往又帶有負壓，這時需要電路將負壓抬高到 0電平以上，如圖 3所示。