基于STM32的虚拟示波器的设计与实现

基于STM32的虚拟示波器

示波器是电子测量行业最 常用 的测量仪器之一， 主要用来测量并显示被测信号的波形等参数 ，在很多领域得到广泛的应用。虚拟示波器突破了传统示波器的性能局限，在功能和应用性上发生了根本性变化。虚拟示波器不仅实现了传统示波器的功能 ，而且利用功能强大的微型计算机来完成信号的分析、处理，利用软件技术在屏幕上设计出逼真的仪器面板并显示各种特征图形。计算机功能最大化地服务于虚拟仪器，使仪器功能得到充分发展和完善_1］。

系统采用意法半导体公司开发的基于 CortexM3内核的新型 32位微控制器 STM32F103x作为主控芯 片。该芯片 内部集成 了全速 USB2．0设备 接口模块和 16通道的 12位高精度 A／D转换器，单芯片即可完成设计任务 ，避免了复杂的接 口电路设计，有效地降低了系统接口的复杂度和系统开发的难度 ，在很大程度上提高了系统 的稳定性。同时，结合基于 v（++开发平台对信号进行存储和显示。该系统体积小巧、简单易用，能够实现 1MHz的采样速度，与 PC机通信的最高速率达到 1Mbyte／s。

1 系统硬件设计根据系统的功能需求 ，系统结构图如图 1所示，主要包括 ：信号输入接 口模块 、信号调理模块、数据采集及缓存模块、USB2．0通信模块等 ］。工作流程如下 ：系统通过 USB接 口接到主机上后获得 5V 电源，微控制器 STM32对硬件设备进行初始化，并通过内部 USB硬件控制器来完成 USB设备的枚举工作。A／D转换器是通过定时器来触发采样的，以保证其 以恒定 的时间 间隔对模 拟信号进行模 数转换 ，在完成规定长度的采集工作之后 ，将数据存入高速数据存储器中（RAM）。在规定的触发条件满足时，数据采集系统中的控制电路使能 DMA通道 ，将 A／D所 采集 的数据 传输 至 USB的缓 冲 区 中，由 USB接 口电路将这些数据传输给上位机。

信号输入及调理模块主要完成信号衰减 ，程控放大，叠加直流分量。衰减电路是为了保证在较大的信号输入时，能够在 A／D采样 的范围之内，避免 回显时造成信号的失真或是损坏元器件。程控放大电路是将待测的小信号进行放大，曲模拟开关 CD4051、运放 NE5532和可变电阻器构成 ，并通过 MCU切换放大倍数，电路如 图 2所示 。数 据采集 及缓存 模块 和 USB2．0通信模块是 由微控制器 STM32F103x独 自实现的。由于 MCU内部 自带的 A／D无法对负电压进行采集，而待测信号往往又带有负压，这时需要电路将负压抬高到 0电平以上，如图 3所示。