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基于STM32的便携式示波器及设计研究

摘要：基于STM32的便携式示波器能在优化系统操控效果的同时，降低项目

成本，具有重要的研究和推广价值。本文分析了设备组成，并从硬件设计、软件

设计两个方面对具体设计方案展开讨论。

关键词：STM32；便携式示波器；组成；设计方案

伴随着嵌入式数字示波器的全面发展，基于示波器完成测量运算和分析工作

的效率也在提升，对STM32为控制核心的便携式示波器予以研究，无论是应用性

能还是数据处理能力都更具优势。

一、基于STM32的便携式示波器组成

基于STM32内部定时器资源作为整个示波器A/D采样触发器，能减少系统复

杂度的基础上提升数据收集和处理的灵活度。主要组成结构如下：

1）显示模块，3.2寸TFT液晶。

2）信号处理模块，在信号进入设备后，经过阻容衰减、阻抗变换、电平移

位、程控增益、低通滤波等完成信号的处理。

3）电源管理模块。

4）微处理器模块，使用STM32F微处理器，对A/D进行采样频率控制，实现

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DMA数据输送和波形重建。

二、基于STM32的便携式示波器设计方案

（一）硬件设计

1.信号调理电路

在整个便携式示波器中，输入信号无法直接完成ADC的采样工作，此时，要

利用线性处理的方式对原始信号相位情况和幅度情况予以控制，因此，由阻容衰

减电路、阻抗变换电路、电平移位电路、程控增益电路和低通滤波电路组成的前

级信号调理电路至关重要。其中，阻容衰减电路，由补偿电容结构和分压电阻网

络构成，能结合相应要求补偿信号。而阻抗变换电路，借助对应的元件避免信号

在电压作用下出现波形失真等现象，本文选取的是OPA656集成元件。另外，程

控增益电路，选取CD4051BC继电器，能有效维持电流控制。

2.触发电路

基于STM32的便携式示波器在触发过程中，定时器触发、外部信号触发以及

软件触发是较为常见的方式，其中，定时器触发和软件触发相对应，前者采取的

是周期性采样信号、后者采取的是非周期性采样信号，而外部信号触发则应用的

是特定的采集信号。本次操作选取的是软件触发，配合使用ADC采样信号以及

MCU内设定触发电平，在相关参数一致后就能实现自动触发，能在提升触发灵活

性的同时，提升其应用质量，避免硬件触发器造成的干扰。

3.LCD显示电路

作为整个便携式示波器的显示装置，依据实际情况选择的事320*240分辨率

的3.2寸TFT显示屏，而STM32的便携式示波器内部自带可变静态存储控制器，

就能更好地拓展应用，提高刷屏的实效性。

图1：LCD电路原理示意图

4.安全数码卡电路

主要采取的是半导体材质的记忆设备，外部引脚设定为9个，一般是采取

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SPI处理或者是SDIO处理模式。

（二）软件设计

配合便携式示波器应用要求，在软件设计方面要利用固件库板级驱动包BSP

实现处理，将其应用在最底层硬件目标板中，就能更好地实现DSP函数库、

emWin图形库的综合应用。

示波器应用程序应用API，配合emWin图形库就能有效驱动函数库完成分辨

率设计处理。并且，DSP函数库还能实现频谱分析和软件补偿，有效维护系统

API数值的规范性。配合STM32便携式示波器外设固件库的串口和SD卡就能建立

目标板。

1.垂直灵敏度

在软件设计工作中，正是基于LCD自身的分辨率，在显示区域分辨率选择方

面也要配合相关参数，设定为200*250，其他区域则应用字符进行显示处理。因

此，垂直方面就设定为10个大格，每格表示的像素是200dot；水平方向也设定

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10个大格，每格表示的像素是250dot。具体参数如下：

1）垂直灵敏度为10mv/p，放大倍数为0.0242、量程为80mv；2）垂直灵敏

度为20mv/p，放大倍数为0.0485、量程为160mv；3）垂直灵敏度为50mv/p，放

大倍数为0.121、量程为400mv；4）垂直灵敏度为100mv/p，放大倍数