如何去制作一个基于STM32的简易示波器呢

　　简介
　　此项案例是基于正点原子精英板制作的一个简易示波器，可以读取信号的频率和幅值，并可以通过按键改变采样频率和控制屏幕的更新暂停。
　　（输入最大3.3V，由ADC参考电压决定）
　　将PA6与PA4相连，可观察到正弦波。
　　将PA6与PA5相连，可观察到三角波/噪声（默认三角波）。
　　KEY_UP控制波形的更新和暂停。
　　KEY_1降低采样率。
　　KEY_0提高采样率。
　　思路借鉴了此位博主的方案（其代码为寄存器版）：
　　下面将介绍所用到的基本原理以及相关代码的展示。
　　一。信号的采集
　　信号的采集主要是依靠ADC（通过定时器触发采样，与在定时器中断中开启一次采样的效果类似，以此来控制采样的间隔时间相同），然后通过DMA将所采集的数据从ADC的DR寄存器转移到一个变量中，此时完成一次采样。
　　由于设定采集一次完整的波形需要1024个点，即需要连续采集1024次才算一次完整的波形采样（需要采集1024个点的原因在后面会提到）。因此我们还需创建一个数组用于存储这些数据，并在DMA中断中，将成功转移到变量中的数据依次存储进数组（注意此数组中存入的数据是12位的数字量，还未做回归处理），完成1024个数据的采样和储存，用于后续在LCD上进行波形的显示和相关参数的处理。
　　此案例用到的是ADC1的通道6（即PA6口）进行数据的采样，主要需注意将ADC转换的触发方式改为定时器触发（我用的是定时器2的通道2进行触发，由于STM32手册提示只有在上升沿时可以触发ADC，因此我们需要让定时器2的通道2每隔固定的时间产生一个上升沿）。将定时器2设置成PWM模式，即可令ADC1在定时器2的通道2每产生一次上升沿时触发采样，后续即可通过改变PWM的频率（即定时器的溢出频率），便可控制采样的频率。
　　1.ADC的配置：
　　/**********************************************************
　　简介：ADC1-CH6初始化函数
　　***********************************************************/
　　void Adc_Init（void）
　　{
　　ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
　　RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1， ENABLE ）; //使能ADC1通道时钟
　　RCC_ADCCLKConfig（RCC_PCLK2_Div6）; //设置ADC分频因子6 72M/6=12，ADC最大时间不能超过14M
　　//PA6 作为模拟通道输入引脚
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
　　GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;
　　ADC_DeInit（ADC1）; //复位ADC1，将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值
　　ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式：ADC1工作在独立模式
　　ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单通道模式
　　ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //模数转换工作在非连续转换模式
　　ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2; //转换由定时器2的通道2触发（只有在上升沿时可以触发）
　　ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC数据右对齐
　　ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //顺序进行规则转换的ADC通道的数目
　　ADC_Init（ADC1， &ADC_InitStructure）; //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器
　　ADC_Cmd（ADC1， ENABLE）; //使能指定的ADC1
　　ADC_DMACmd（ADC1， ENABLE）; //ADC的DMA功能使能
　　ADC_ResetCalibration（ADC1）; //使能复位校准
　　ADC_RegularChannelConfig（ADC1， ADC_Channel_6， 1， ADC_SampleTime_1Cycles5 ）;//ADC1通道6，采样时间为239.5周期
　　ADC_ResetCalibration（ADC1）;//复位较准寄存器
　　while（ADC_GetResetCalibrationStatus（ADC1））; //等待复位校准结束
　　ADC_StartCalibration（ADC1）; //开启AD校准
　　while（ADC_GetCalibrationStatus（ADC1））; //等待校准结束
　　ADC_SoftwareStartConvCmd（ADC1， ENABLE）; //使能指定的ADC1的软件转换启动功能
　　}
　　2.定时器的配置：
　　/******************************************************************
　　函数名称：TIM2_PWM_Init（u16 arr，u16 psc）
　　函数功能：定时器3，PWM输出模式初始化函数
　　参数说明：arr：重装载值
　　psc：预分频值
　　备 注：通过TIM2-CH2的PWM输出触发ADC采样
　　*******************************************************************/
　　void TIM2_PWM_Init（u16 arr，u16 psc）
　　{
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
　　TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
　　RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM2， ENABLE）; //使能定时器2时钟
　　RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO， ENABLE）; //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟
　　//设置该引脚为复用输出功能，输出TIM2 CH2的PWM脉冲波形 GPIOA.1
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //TIM_CH2
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
　　GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;//初始化GPIO
　　//初始化TIM3
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割：TDTS = Tck_tim
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
　　TIM_TimeBaseInit（TIM2， &TIM_TimeBaseStructure）; //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
　　//初始化TIM2 Channel2 PWM模式
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式：TIM脉冲宽度调制模式2
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
　　TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //输出极性：TIM输出比较极性高
　　TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=1000; //发生反转时的计数器数值，用于改变占空比
　　TIM_OC2Init（TIM2， &TIM_OCInitStructure）; //根据T指定的参数初始化外设TIM2
　　TIM_CtrlPWMOutputs（TIM2， ENABLE）;//使能PWM输出
　　TIM_Cmd（TIM2， ENABLE）; //使能TIM2
　　}
　　3.DMA配置：
　　/******************************************************************
　　函数名称：MYDMA1_Config（）
　　函数功能：DMA1初始化配置
　　参数说明：DMA_CHx：DMA通道选择
　　cpar：DMA外设ADC基地址
　　cmar：DMA内存基地址
　　cndtrDMA通道的DMA缓存的大小
　　备 注：
　　*******************************************************************/
　　void MYDMA1_Config（DMA_Channel_TypeDef* DMA_CHx，u32 cpar，u32 cmar，u16 cndtr）
　　{
　　DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
　　NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
　　RCC_AHBPeriphClockCmd（RCC_AHBPeriph_DMA1， ENABLE）; //使能DMA传输
　　DMA_DeInit（DMA_CHx）; //将DMA的通道1寄存器重设为缺省值
　　DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = cpar; //DMA外设ADC基地址
　　DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = cmar; //DMA内存基地址
　　DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //数据传输方向，从外设读取发送到内存//
　　DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = cndtr; //DMA通道的DMA缓存的大小
　　DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址寄存器不变
　　DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存地址寄存器递增
　　DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; //数据宽度为16位
　　DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; //数据宽度为16位
　　DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //工作在循环模式
　　DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA通道 x拥有高优先级
　　DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
　　DMA_Init（DMA_CHx， &DMA_InitStructure）; //ADC1匹配DMA通道1
　　DMA_ITConfig（DMA1_Channel1，DMA1_IT_TC1，ENABLE）; //使能DMA传输中断
　　//配置中断优先级
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn;
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0 ;
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
　　NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
　　NVIC_Init（&NVIC_InitStructure）;
　　DMA_Cmd（DMA1_Channel1，ENABLE）;//使能DMA通道
　　}
　　注：
　　1.由于在设置PWM时将TIM_Pulse默认设置为1000，因此在初始化定时器2时，TIM_Period的值不能小于该值，可自行修改。TIM_Pulse的值并不会影响采样频率。
　　2.采样频率= 定时器2溢出频率=SYSCLK/预分频值/溢出值。因此如果将TIM_Pulse设为1，TIM_Period设为2，TIM_Prescaler设为1，理论上采样频率最高可达36Mhz。
　　

二。数据的处理
　　数据的处理主要是要求出信号的频率和幅值等相关参数。幅值可以通过找出之前存储1024个点的数组中最大最小值，回归处理过后算出差值。难点主要在于频率的求取。一个信号中可能包含多种频率成分，而我显示的是幅值最大的频率分量（当然其他频率也可获得）。这里便用到了STM32提供的DSP库中的FFT（快速傅里叶变换），DSP库在最后的源码中有。
　　需要采样1024个点的原因：FFT算法要求样本数为2的n次方，而DSP库中提供了64，256和1024样本数对应的库函数，因此选用1024最大样本数可以使频率分辨率最小，更加精确。（定义频率分辨率f0=fs/N，其中fs等于采样率，N为采样点数）
　　需注意：FFT后的输出不是实际的信号频率，需要经过转换。f（k）=k*（fs/N），其中
　　f（k）是实际频率，k是实际信号的最大幅度频率所对应的数。（详见下面代码，分享的源代码中公式有误，未重新上传）
　　获取频率的函数：
　　#define NPT 1024//一次完整采集的采样点数
　　/******************************************************************
　　函数名称：GetPowerMag（）
　　函数功能：计算各次谐波幅值
　　参数说明：
　　备　　注：先将lBufOutArray分解成实部（X）和虚部（Y），然后计算幅值（sqrt（X*X+Y*Y）
　　*******************************************************************/
　　void GetPowerMag（void）
　　{
　　float X，Y，Mag，magmax;//实部，虚部，各频率幅值，最大幅值
　　u16 i;
　　//调用自cr4_fft_1024_stm32
　　cr4_fft_1024_stm32（fftout， fftin， NPT）;
　　//fftin为傅里叶输入序列数组，ffout为傅里叶输出序列数组
　　for（i=1; i《NPT/2; i++）
　　{
　　X = （fftout［i］ 《《 16） 》》 16;
　　Y = （fftout［i］ 》》 16）;
　　Mag = sqrt（X * X + Y * Y）;
　　FFT_Mag［i］=Mag;//存入缓存，用于输出查验
　　//获取最大频率分量及其幅值
　　if（Mag 》 magmax）
　　{
　　magmax = Mag;
　　temp = i;
　　}
　　}
　　F=（u16）（temp*（fre*1.0/NPT））;//源代码中此公式有误，将此复制进去
　　LCD_ShowNum（280，180，F，5，16）;
　　}
　　三。模拟正弦波输出
　　此正弦波输出是用于调试示波器，观察显示和实际是否相同。主要利用DAC输出，在定时器3的中断中不断改变DAC的输出值，产生一个正弦波。因此改变正弦波的频率可以通过更改定时器3的溢出频率。（采用的PA4口进行输出）
　　在初始化时，我将定时器3的重装载值设置为40，预分频值设置为72，正弦波输出频率为72Mhz/40/72/1024≈24.5Hz（1024是因为将一个周期正弦波均分成1024个输出点，详见下面函数InitBufInArray（））。经采样处理后显示为24-25Hz，与实际值接近。（但是当采样频率提高到最大3.6kHz时，频率显示为32Hz左右，原因未知）
　　下面是相关代码：
　　u16 magout［NPT］;
　　/******************************************************************
　　函数名称：InitBufInArray（）
　　函数功能：正弦波值初始化，将正弦波各点的值存入magout［］数组中
　　参数说明：
　　备 注：
　　*******************************************************************/
　　void InitBufInArray（void）
　　{
　　u16 i;
　　float fx;
　　for（i=0; i《NPT; i++）
　　{
　　fx = sin（（PI2*i）/NPT）;
　　magout［i］ = （u16）（2048+2048*fx）;
　　}
　　}
　　/******************************************************************
　　函数名称：sinout（）
　　函数功能：正弦波输出
　　参数说明：
　　备 注：将此函数置于定时器中断中，可模拟输出正弦波
　　*******************************************************************/
　　void sinout（void）
　　{
　　static u16 i=0;
　　DAC_SetChannel1Data（DAC_Align_12b_R，magout［i］）;
　　i++;
　　if（i》=NPT）
　　i=0;
　　}
　　四。模拟噪声或三角波输出
　　模拟噪声或三角波输出可直接通过配置DAC，利用芯片内部的发生器产生。DAC2的转换由定时器4的TRGO触发（事件触发）。同时需要注意设置TRGO由更新事件产生。
　　若为三角波输出，频率=72Mhz/定时器重装载值/预分频系数/幅值/2；
　　例如：初始化定时器的重装载值为2，预分频系数为36，幅值为最大（4096），即Freq=72Mhz/2/36/4096/2≈122Hz；
　　void Dac2_Init（void）
　　{
　　GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
　　DAC_InitTypeDef DAC_InitType;
　　RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA， ENABLE ）; //使能PORTA通道时钟
　　RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_DAC， ENABLE ）; //使能DAC通道时钟
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; // 端口配置
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //模拟输入
　　GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
　　GPIO_Init（GPIOA， &GPIO_InitStructure）;
　　DAC_InitType.DAC_Trigger=DAC_Trigger_T4_TRGO; //定时器4触发
　　DAC_InitType.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_Noise;//产生噪声
　　//DAC_WaveGeneration_Triangle产生三角波
　　DAC_InitType.DAC_LFSRUnmask_TriangleAmplitude=DAC_TriangleAmplitude_4095;//幅值设置为最大，即3.3V
　　DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ; //DAC1输出缓存关闭 BOFF1=1
　　DAC_Init（DAC_Channel_2，&DAC_InitType）; //初始化DAC通道2
　　DAC_Cmd（DAC_Channel_2， ENABLE）; //使能DAC-CH2
　　DAC_SetChannel1Data（DAC_Align_12b_R， 0）; //12位右对齐数据格式设置DAC值
　　}
　　void TIM4_Int_Init（u16 arr，u16 psc）
　　{
　　TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
　　RCC_APB1PeriphClockCmd（RCC_APB1Periph_TIM4， ENABLE）; //时钟使能
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值 计数到5000为500ms
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 10Khz的计数频率
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割：TDTS = Tck_tim
　　TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //TIM向上计数模式
　　TIM_TimeBaseInit（TIM4， &TIM_TimeBaseStructure）; //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
　　TIM_SelectOutputTrigger（TIM4， TIM_TRGOSource_Update）;//触发外设方式为更新触发
　　TIM_Cmd（TIM4， ENABLE）; //使能TIMx外设
　　}
　　五。其余显示和按键控制等
　　1.显示波形只需将所获得的1024个采样数据选择一部分进行显示
　　大致思路即：
　　u16 pre_vol;//当前电压值对应点的纵坐标u16 past_vol;//前一个电压值对应点的纵坐标//adcx［］数组及通过DMA存入的1024个原始数据pre_vol = 50+adcx［x］/4096.0*100;LCD_DrawLine（x，past_vol，x+1，pre_vol）;//根据实际，打点位置可进行相应更改past_vol = pre_vol; 2.按键的控制是在外部中断中进行（正点原子资料中提供相应参考代码）
　　比较重要的是改变采样频率。
　　可通过函数void TIM_PrescalerConfig（TIM_TypeDef* TIMx， uint16_t Prescaler， uint16_t TIM_PSCReloadMode）进行定时器2的预分频值更改。
　　第一次写文章，先写这么多，诸多地方还待完善，代码也有一些缺陷。希望和各位交流，相互学习。