如何制作功能為自動(dòng)量程的簡易示波器？

這是南信大馬尚清同學(xué)的作品

因?yàn)楸救艘矝]學(xué)幾天，學(xué)識(shí)淺薄，有錯(cuò)誤問題難以避免。

已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能

Ain通道示波功能（量程為0-3.3V）

示波器相關(guān)數(shù)據(jù)顯示功能（通過二級(jí)菜單顯示）

波形自動(dòng)量程功能

仍需完善的功能

波形頻率測(cè)量（軟件測(cè)量波形周期代碼編寫過于簡單，測(cè)試對(duì)于規(guī)則的上下對(duì)稱的波形還可以測(cè)量，而對(duì)于其他的則測(cè)量偏差太大，仍需完善）

未能實(shí)現(xiàn)的功能

采樣速度的調(diào)節(jié)功能（對(duì)于采樣率，時(shí)鐘之間聯(lián)系的理解不夠，如果簡單的改變采樣間距會(huì)導(dǎo)致波形變形，造成偏差）

快速傅里葉變換（不太能理解快速傅里葉變換是如何實(shí)現(xiàn)的，直接帶入網(wǎng)上代碼也會(huì)導(dǎo)致占用空間過大）

上位機(jī)通訊功能（對(duì)于DMA理解不夠，不知道應(yīng)該如何將DMA中讀取到ADC的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)中）

采集板上的音頻信號(hào)（采集信號(hào)波形與實(shí)際情況不合，故在設(shè)置中將MIC對(duì)應(yīng)的PA1管腳關(guān)閉，后續(xù)可以繼續(xù)優(yōu)化）

實(shí)現(xiàn)過程

這個(gè)項(xiàng)目是我第一次接觸stm32系列的項(xiàng)目，也是第一次用HAL庫來開發(fā)項(xiàng)目（雖然建議使用LL庫來減少空間的占用，但是對(duì)于LL庫，本人有點(diǎn)更難理解，所以就沒有采用）。所以在實(shí)現(xiàn)的過程中，遇到了很多的困難，加上HAL庫的教程也比較少，并且G031系列單片機(jī)也是比較新的產(chǎn)品線，所以沒有多少能夠借鑒的例子，所以一些看似很簡單的功能，在實(shí)現(xiàn)他們時(shí)反倒難住了我，包括OLED屏幕點(diǎn)亮，ADC采樣，波形顯示等等問題。

示波器實(shí)現(xiàn)過程的原理其實(shí)并不困難：由ADC采樣到數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)乘以330 除以4096，從而得到實(shí)時(shí)電壓值，在把數(shù)據(jù)進(jìn)行量化之后，儲(chǔ)存進(jìn)數(shù)組（數(shù)組內(nèi)成員個(gè)數(shù)需要大于波形顯示區(qū)域的橫向像素點(diǎn)），通過數(shù)組的比較函數(shù)，得到數(shù)組內(nèi)的最大電壓以及最小電壓（由于數(shù)組的最大值與最小值受到之前測(cè)量數(shù)值的影響，于是我采用每隔一段時(shí)間就復(fù)位一次來達(dá)到最大值和最小值能夠隨著測(cè)量進(jìn)行不斷更新而不會(huì)卡死在某一數(shù)值）。

之后進(jìn)行需要將電壓值轉(zhuǎn)換成應(yīng)在應(yīng)該顯示在屏幕上的坐標(biāo)（其中我將128*64的OLED顯示屏的取107*47作為波形顯示部分，因此右側(cè)和下側(cè)顯示區(qū)域只留有不到16像素點(diǎn)，而正常的OLED顯示程序里面字體是遠(yuǎn)大于此，所以我們需要使用0806字體，否則會(huì)造成字體顯示錯(cuò)位），如果是固定量程則是由測(cè)量值與量程之間的比值得到示波器縱向坐標(biāo)的比值，從而達(dá)到計(jì)算出點(diǎn)坐標(biāo)。如果是動(dòng)態(tài)范圍則是測(cè)量值與數(shù)組范圍內(nèi)最大值與最小值的差之間的比值得到，此外還需要根據(jù)最大值和最小值更新網(wǎng)格線旁邊的數(shù)值，這里就使用sprintf函數(shù)來達(dá)到不斷更新字符串的目的，在通過OLED的字符串顯示函數(shù)顯示到OLED屏幕的指定位置上。之后波形的繪制則是通過ADC不斷的采樣，寫入數(shù)組，讀取數(shù)組，進(jìn)行畫點(diǎn)，更新數(shù)組，從而達(dá)到連續(xù)不斷的顯示輸入波形的效果。

而按鍵功能的實(shí)現(xiàn)可以通過按鍵中斷回調(diào)函數(shù)（本人使用過程中會(huì)出現(xiàn)中斷不了的現(xiàn)象，可能是中斷優(yōu)先級(jí)配置的問題）或者自行編寫按鍵判斷函數(shù)，放入while函數(shù)中不斷循環(huán)運(yùn)行從而達(dá)到不斷掃描按鍵的效果。按鍵觸發(fā)的邏輯也需要自己仔細(xì)的考慮，否則會(huì)造成連擊，無法觸發(fā)，循環(huán)觸發(fā)等出乎意料的現(xiàn)象。此外而按鍵功能的設(shè)計(jì)一定要有嚴(yán)密的執(zhí)行邏輯，否則容易造成按鍵沖突，或者程序卡死。此外需要設(shè)立按鍵標(biāo)志位，來判斷按鍵觸發(fā)的次數(shù)，從而達(dá)到按鍵多用的功能。

項(xiàng)目的一些細(xì)節(jié)部分：

波形的顯示函數(shù)中加入插值函數(shù)，這樣才能使得示波器有能夠輕易看出的連續(xù)波形，而不是一個(gè)個(gè)離散的點(diǎn)。

按鍵的讀取需要進(jìn)行延時(shí)消顫處理，并加上觸發(fā)判斷，不然按鍵會(huì)多次激發(fā)，或者不激發(fā)，影響操作。

按鍵多次觸發(fā)功能是通過按鍵中斷中簡單的計(jì)數(shù)函數(shù)來判斷按鍵被按下幾次，判斷按鍵是否進(jìn)行長按與短按則是通過延時(shí)判斷來的。

波形顯示時(shí)，需要將超出量程的值限制為最大值，否則會(huì)導(dǎo)致顯示在其他區(qū)域。

自動(dòng)量程，通過測(cè)量值與最小值的差與數(shù)組內(nèi)最大值與最小值差的比來算得測(cè)量值應(yīng)該在OLED屏幕上的坐標(biāo)，并且將示波器旁的數(shù)值改變?yōu)樽畲笾蹬c最小值，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)量程的效果。

示波器的背景網(wǎng)格線最好不要使用圖片顯示，而使用間隔畫點(diǎn)功能，從而達(dá)到繪制背景網(wǎng)格線的效果。否則容易造成OLED顯示錯(cuò)亂和頻閃等情況。

在進(jìn)行單片機(jī)數(shù)值計(jì)算時(shí)候，一定要注意運(yùn)算完成后，數(shù)據(jù)類型已經(jīng)精度問題，否則容易造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，甚至錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)功能注意事項(xiàng)：

注意OLED屏幕顯示函數(shù)的位置坐標(biāo)，有的代碼是以默認(rèn)的OLED最下方一排為0，有的進(jìn)行了反相。

OLED Clear（）函數(shù)不能夠完全清屏，會(huì)有殘留。

使用OLED直接操縱點(diǎn)顯示的函數(shù)時(shí)，一定要注意運(yùn)行頻率，否則會(huì)造成閃屏。

實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的感觸

通過這次寒假在家練項(xiàng)目，收獲頗豐。通過自己親自參與到項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程來，才能夠發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，尋找解決思路，從而解決問題。作為剛剛接觸到STM32的萌新，這項(xiàng)項(xiàng)目讓我能夠快速學(xué)習(xí)。之前學(xué)習(xí)他人教程，覺得思路很清晰，實(shí)現(xiàn)起來很簡單。但是當(dāng)自己真正的接觸到一項(xiàng)陌生的項(xiàng)目，沒有現(xiàn)成的答案和結(jié)果等著自己的時(shí)候，才發(fā)現(xiàn)自己原來很多都不知道。正是由于項(xiàng)目中一個(gè)個(gè)出乎意料的問題的出現(xiàn)，才能逼迫著自己去查找資料，學(xué)習(xí)大神們寫的代碼，并嘗試自己去解決。

未來完善功能

能夠兼容所有波形的頻率測(cè)算功能

學(xué)習(xí)快速傅里葉算法，簡化FFT函數(shù)，使其能夠在單片機(jī)剩余空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)

波形發(fā)生器以及其他附加功能的開發(fā)

原文標(biāo)題：具有自動(dòng)量程功能的簡易示波器

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