如何去实现一种基于单片机和上位机的信号发生器设计呢

• 1.任务概况
  

单片机
（1）单片机类型可选用STM32系列或MSP430系列单片机；
（2）单片机硬件可自购或自行制作核心板；
（3）使用125Hz的采样率进行1个通道的ADC采样，每次采样结果保存为2字节整形；
（4）单片机与上位机之间的通讯方式不限；
（5）使用的外围硬件模块不限。
3、上位机
（1）上位机程序要求使用QT框架编写。
（2）上位机程序需要提供一个GUI，实时绘制单片机采集到的波形数据。
（3）界面中提供“开始采集”和“停止采集”按钮。
4、其他
（1）单片机与下位机之间应制定简单的通信协议，保证上位机显示的数据与单片机采集的数据没有过大的失真；
（2）单片机和上位机程序都必须稳定、流畅运行，不能出现内存泄露等问题。（漏点问题很蛋疼）
2.stm32篇

• 配置ADC寄存器(这里使用了中断进行触发采集)
  
  

static void ADC_GPIO_config(void)
{
       
       
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;
        //A1模拟输入，p1用于采集
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;
        GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
       


}


static void ADCx_Mode_Config(void)
{
       
        ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2ENR_ADC1EN,ENABLE);//打开ADC1时钟
        ADC_InitStructure.ADC_Mode= ADC_Mode_Independent;
        ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;
        ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;
        ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None ;
        ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;
        ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;
        ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//这里记得添加ADC.C文件
        RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div8);//8分频9兆
        ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_1,1,ADC_SampleTime_55Cycles5);
         ADC_ITConfig(ADC1, ADC_IT_EOC, ENABLE);
        ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//使能ADC
        ADC_StartCalibration(ADC1);//开始校准
       
        while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待校准完成
       
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
       
       
}
static void ADC_NVIC_Config(void)
{
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel =ADC1_2_IRQn;
       
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;                //子优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                        //IRQ通道使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                             //根据指定的参数初始化  NVIC寄存器
   
}
void ADC1_Init(void)
{
        //u16  ADC_ConvertedValue;
  ADC_NVIC_Config();
        ADC_GPIO_config();
        ADCx_Mode_Config();
       
       


}`


2.配置串口（串口同样使用中断触发）
void USART_Config(void)
        {
  //GPIO端口设置
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
         
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);        //使能USART1，GPIOA时钟
  
        //USART1_TX   GPIOA.9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;                                   //PA.9
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                                    //复用推挽输出
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                      //初始化GPIOA.10
   
  //USART1_RX          GPIOA.10初3始化
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;                                  //PA10
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;                       //浮空输入
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                                      //初始化GPIOA.10


   //USART 初始化设置


        USART_InitStructure.USART_BaudRate =9600;                                  //串口波特率
        USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;                //字长为8位数据格式
        USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;                     //一个停止位
        USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;                        //无奇偶校验位
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
        USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;            //收发模式
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);                                  //初始化串口
        USART_Cmd(USART1, ENABLE);                                                 //使能串口1
  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);                             //开启串口接受中断


  //Usart1 NVIC 配置
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2 ;                   //抢占优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;                                     //子优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                                               //IRQ通道使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);                                                   //根据指定的参数初始化VIC寄存器
   
               
}


配置定时器（目的是为了达到125hz采样率）
初始化：
void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc){
        TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
        RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
       
        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period=arr;
        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler=psc;
        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;
        TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;
        TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);
        TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update ,ENABLE);
       
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0 ;//抢占优先级0
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;                //子优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                //IRQ通道使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);        //根据指定的参数初始化VIC寄存器
  TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
       


       
}
写中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void){
       
       
        if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)!=RESET){
               
                Usart_sendhalfword(USART1,ADC_ConvertedValue);       
               
                if(LED1==1)
                        LED1=0;
                else
                        LED1=1;
                }


                TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);
       
               
       
}


撰写发送函数
这里需要使用通信协议；加上帧头，数据长度，数据位，帧尾，检验位，这里使用的是和校验；
1.打包数据，并发送
void Usart_sendhalfword(USART_TypeDef* pUSARTx, u16 Data)
        {
//ADC值为16位，拆分为高八位第八位进行发送
                uint8_t head1,head2,len,temp_h,temp_l,end,sum;
                u8 buf[5];
                head1=0xAA;
                len=0x02;
                temp_h=(Data&0xff00)>>8;
                temp_l=(Data&0xff);
                end=0xAB;
                buf[0]=head1;
                buf[1]=len;
                buf[2]=temp_h;
                buf[3]=temp_l;
                buf[4]=end;
                sum=Check_Sum(buf,5);
       
                USART_SendData(pUSARTx, head1);
                while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);               
                USART_SendData(pUSARTx, len);
                while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);
                USART_SendData(pUSARTx,  temp_h);
                while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);
                USART_SendData(pUSARTx,  temp_l);
                while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);
                USART_SendData(pUSARTx,  end);
                while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);
                USART_SendData(pUSARTx,  sum);
                while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE)==RESET);




发送数据如图；使用串口调试助手。
TIM3_Int_Init(79,7199);//8MS
将定时器设置为8ms,使得采样率达到125hz;
3.qt篇

这里的绘图工具使用qt自带的图形库QTchart；

• 01.UI界面
  
• 这里不作介绍，要注意的是图形显示区域要使用QTchartview类。
  
• 关联槽函数之类的就不讲了
  
  
  
  
  
  如图：
  
• 02.配置串口接受数据
  
  

QSerialPort::BaudRate baudRate; /*波特率*/
  QSerialPort::DataBits dataBits;
  QSerialPort::StopBits stopBits;
  QSerialPort::Parity checkbits; //校验位
  if (ui->baundrate->currentText() == "9600")
  {
    baudRate = QSerialPort::Baud9600;
  }
  else if (ui->baundrate->currentText() == "4800")
  {
    baudRate = QSerialPort::Baud4800;
  }
  else if (ui->baundrate->currentText() == "115200")
  {
    baudRate = QSerialPort::Baud115200;
  }
  数据位。。。。一样的操作


配置好后，串口就可以进行接受数据了。


03.根据通信协议解析数据
在接受到数据后，下一步就是检验数据是否出错，以及如何提取数据（这部分是项目中比较棘手的问题），所以需要注意哦！
接受十分容易，直接用个qbytearray 接受就可以。
这里特别需要注意的是，尽量不要独立关联一个槽函数进行readall,因为后面的绘图同样需要关联槽函数，两者会起冲突。
QByteArray buf,
  QString show_receive;
  unsigned char arr1[2] = {'0'}; //用于保存两个字节的数据
  buf = serialport ->readAll(); //从第二次readall()开始进行拼接.第一次拼接空qbytearray


接下来接受了后，就是进行数据处理了。这里特别点出一点
处理数据过程中，除了对通信协议进行校验，还有一个很重要的是前后帧数据的拼接。
意思是说比如前一帧读到的是 0x…AA020809FF45AA02 下一帧0x0809FF45… 第一帧后面数据不完整，如果不想办法把不完整的一帧拼回来，这里就丢失一个点，画出来的波形就会不准确。
(完整一帧为帧头aa,数据长度02，两节8位数据08 09帧尾FF，和校验45)
故解决如下：


uint8_t sum = 0;
  uint8_t temp_1 = 0;
  int temp = 0;
  index = 0;        // arr存储数据数组下标，每次开始置零
  static int A = 0; //用于标志readall进行了多少次


  QByteArray buf,
      buf_return; // buf用于接受readall(),buf_return用于接受imcomplete_data.
  QString show_receive;
  unsigned char arr1[2] = {'0'}; //用于保存两个字节的数据
  buf = serialport ->readAll(); //从第二次readall()开始进行拼接.第一次拼接空qbytearray


  buf_return = imcomlete_data(
      buf,
      imcomlete_data1); //触发拼接函数，防止readall()出来的前后两帧数据丢点。（必备）
  buf_return.append(buf);                //将前一帧尾部不完整的数据，拼接在下一帧数据中，再进行处理
  imcomlete_data1.clear(); //拼接完成后，用于存放不完整数据的数组清空


  //数据解析，检验数据是否有效；
  for (int i = 0; i < buf_return.size(); i++)
  {
    sum = 0; //注意校验和在每次写完数据后置零
    if (i < buf_return.size())
    {
      if (buf_return.at(i) == (char)0xaa)
      { //判断stm32发送的帧头
        sum += buf_return.at(i);
        if (i + 1 < buf_return.size())
        {
          if (buf_return.at(i + 1) == (char)0x02)
          { //判断stm32发送的数据位
            sum += buf_return.at(i + 1);
            if (i + 4 < buf_return.size())
            {
              if (buf_return.at(i + 4) == (char)0xab)
              { //判断stm32发送的尾部
                sum += buf_return.at(i + 4);
                sum += buf_return.at(i + 2); // check-sum和校验。注意数组越界
                sum += buf_return.at(i + 3);
                temp_1 = (int8_t)buf_return.at(i + 5); //强转比较
                if (sum == temp_1)
                {
                  arr1[0] = buf_return.at(i + 2);
                  arr1[1] = buf_return.at(i + 3);
                  temp = arr1[0] * 256 + arr1[1]; //这里就比较妙了，自己体会。
                  VOTE = temp * (3.3 / 4096);
                  arr.append(VOTE);
                  show_receive.sprintf("%s=%0.4f", "v=", VOTE);
                  ui->receive_pannel->appendPlainText(
                      show_receive); //将电压值显示在接受框里面。
                }
              }
            }
          }
        }
      }
    }
  }

数据拼接函数：


QByteArray Widget::imcomlete_data(QByteArray buf, QByteArray incomplete_data1)
{


  if (buf.size() >=
      5)
  { //特别注意这里一定要判断接收到的数据长度是否够，或者是否为空
    for (int i = 1; i <= 5; i++)
    {
      if (buf.at(buf.size() - i) == (char)0xaa)
      {
        if (i == 1)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 1]);
        }
        if (i == 2)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 2]);
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 1]);
        }
        if (i == 3)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 3]);
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 2]); //写入保存不完整的数据
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 1]);
        }
        if (i == 4)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 4]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 3)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 2)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 1)]);
        }
        if (i == 5)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 5]);
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 4]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 3)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 2)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 1)]);
        }
      }
    }
  }


  return incomplete_data1;
}


通过上述操作，我们就可以得到数据，进行绘图了；


04.将解析的数据进行绘图
定义对象
private:
  Ui::Widget *ui;
  QChart *chart;         //画布
  QSplineSeries *series; //线
  QValueAxis *axisX;
  QValueAxis *axisY; // y轴
关联画图槽函数



private slots:
  void start_button();
  void stop_button();
  void serialPortReadyReady();
  void DrawLine(); //划线，这里可以考虑使用数组，关联画图槽函数
  void on_send_clicked();
  void on_clear_clicked();
  void on_line_shape_clicked();
};
初始化画布：


void Widget::initDraw()
{
  QPen penY(Qt::darkBlue, 3, Qt::SolidLine, Qt::RoundCap,
            Qt::RoundJoin); //设置画笔
  chart = new QChart();
  series = new QSplineSeries; //实例化对象
  axisX = new QValueAxis();
  axisY = new QValueAxis();
  chart->legend()->hide();
  chart->addSeries(series);
  axisY->setTickCount(5);
  axisY->setMin(0); //最小值
  axisY->setMax(4); //最大值
  axisX->setMin(0); //最小值


  axisX->setMax(xlen); //最大值
  axisX->setTitleText("实时时间");
  axisY->setTitleText("实时电压监测");
  axisY->setLinePenColor(QColor(Qt::darkBlue));
  axisY->setGridLineColor(QColor(Qt::darkBlue));
  axisY->setGridLineVisible(false);
  axisY->setLinePen(penY);
  axisX->setLinePen(penY);
  chart->addAxis(axisX, Qt::AlignBottom);
  chart->addAxis(axisY, Qt::AlignLeft); //设置坐标轴位置
  series->attachAxis(axisX);
  series->attachAxis(axisY);
  //将chart显示到窗口上
  ui->Widget::main_Draw->setChart(chart);
  ui->Widget::main_Draw->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
}


append追加画图;


for (int i = 0; i < arr.size(); i++)
  {
    series->append(x_count, arr.at(i));
    x_count++; //每次x增加1
  }
  if (x_count >= xlen)
  {
    x_count = 0;
    series->clear(); //清空屏幕
  }
  arr.clear();        //每次画完图后，清空Vector.
  buf_return.clear(); //清空原始数据
}
使用信号发生器产生正弦信号，测试成功绘图，这里上不了视频，其实采集绘图十分顺滑，不存在丢点卡顿的现象。

数据拼接函数：


QByteArray Widget::imcomlete_data(QByteArray buf, QByteArray incomplete_data1)
{


  if (buf.size() >=
      5)
  { //特别注意这里一定要判断接收到的数据长度是否够，或者是否为空
    for (int i = 1; i <= 5; i++)
    {
      if (buf.at(buf.size() - i) == (char)0xaa)
      {
        if (i == 1)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 1]);
        }
        if (i == 2)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 2]);
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 1]);
        }
        if (i == 3)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 3]);
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 2]); //写入保存不完整的数据
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 1]);
        }
        if (i == 4)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 4]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 3)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 2)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 1)]);
        }
        if (i == 5)
        {
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 5]);
          incomplete_data1.append(buf[buf.size() - 4]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 3)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 2)]);
          incomplete_data1.append(buf[(buf.size() - 1)]);
        }
      }
    }
  }


  return incomplete_data1;
}


通过上述操作，我们就可以得到数据，进行绘图了；


04.将解析的数据进行绘图
定义对象
private:
  Ui::Widget *ui;
  QChart *chart;         //画布
  QSplineSeries *series; //线
  QValueAxis *axisX;
  QValueAxis *axisY; // y轴
关联画图槽函数



private slots:
  void start_button();
  void stop_button();
  void serialPortReadyReady();
  void DrawLine(); //划线，这里可以考虑使用数组，关联画图槽函数
  void on_send_clicked();
  void on_clear_clicked();
  void on_line_shape_clicked();
};
初始化画布：


void Widget::initDraw()
{
  QPen penY(Qt::darkBlue, 3, Qt::SolidLine, Qt::RoundCap,
            Qt::RoundJoin); //设置画笔
  chart = new QChart();
  series = new QSplineSeries; //实例化对象
  axisX = new QValueAxis();
  axisY = new QValueAxis();
  chart->legend()->hide();
  chart->addSeries(series);
  axisY->setTickCount(5);
  axisY->setMin(0); //最小值
  axisY->setMax(4); //最大值
  axisX->setMin(0); //最小值


  axisX->setMax(xlen); //最大值
  axisX->setTitleText("实时时间");
  axisY->setTitleText("实时电压监测");
  axisY->setLinePenColor(QColor(Qt::darkBlue));
  axisY->setGridLineColor(QColor(Qt::darkBlue));
  axisY->setGridLineVisible(false);
  axisY->setLinePen(penY);
  axisX->setLinePen(penY);
  chart->addAxis(axisX, Qt::AlignBottom);
  chart->addAxis(axisY, Qt::AlignLeft); //设置坐标轴位置
  series->attachAxis(axisX);
  series->attachAxis(axisY);
  //将chart显示到窗口上
  ui->Widget::main_Draw->setChart(chart);
  ui->Widget::main_Draw->setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
}


append追加画图;


for (int i = 0; i < arr.size(); i++)
  {
    series->append(x_count, arr.at(i));
    x_count++; //每次x增加1
  }
  if (x_count >= xlen)
  {
    x_count = 0;
    series->clear(); //清空屏幕
  }
  arr.clear();        //每次画完图后，清空Vector.
  buf_return.clear(); //清空原始数据
}
使用信号发生器产生正弦信号，测试成功绘图，这里上不了视频，其实采集绘图十分顺滑，不存在丢点卡顿的现象。