学习单片机，通过做简单的小项目，是成长最快的一种方法。今天就给大家分享一个制作简易示波器的小项目，代码开源，希望对初学者有帮助。

一、前言

该项目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。

二、硬件接线

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。

三、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。

四、代码配置

ADC的配置：

注意：

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。

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。

五、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<<16) >> 16;
  Y = (fftout >> 16);
  
  Mag = sqrt(X* X + Y *Y);
  FFT_Mag=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);
}

六、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 = (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++;
if(i>=NPT)
  i=0;
}

七、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；

具体代码如下所示：