基于ARM的便攜式數字示波器設計

摘 要本項目研究的是一款小型的便攜式數字示波器，體積小巧，攜帶方便，成本低廉，可以應用于生產、工程實踐、開發調試和實驗教學。示波器采用ARM Cortex-M3內核的STM32處理器作為主控系統，觸摸屏控制，液晶屏顯示，整體尺寸大約為4.3寸-7寸之間，可以實時采集顯示波形信號，觀察波形的形狀，觀察相位變化，測量波形的電壓、周期（頻率）等參數，是非常實用的一款便攜式的電子圖示測量儀。

【關鍵詞】便攜式 數字示波器

示波器是理工科學生必須掌握的一種測量工具，也是非常常用的工具。我們考慮設計一款便攜的數字示波器，具備示波器觀察波形、測量電壓、周期等基本的功能，小巧實用，價格便宜，使得普通的學生或者調試工程師都可以有經濟條件購買和使用。這樣使得調試設計的工作不需要局限在實驗室了，隨時隨地可以完成；部分測試、檢驗工程師可以不必攜帶笨重的大型示波器，只需要小型的數字示波器就可以完成現場的測試、調試工作。

本設計中的實物作品有以下特征：

（1）體積小巧，便攜，成本低廉；

（2）具備觀察電信號的波形，測量電壓、周期（頻率）等基本功能；

（3）液晶屏顯示波形，顯示電壓、時間控制參數，波形顯示實時、穩定。

1 方案設計

本項目采用STM32處理器，主頻可以運行到72MHz以上，通過內置的AD模塊，將采集到的模擬信號轉換成數字信號，采樣速率大約為1MHz，精度為12Bit；軟件方面采用實時操作系統μC/OS和圖形界面μC/GUI，實時處理采集的數據，控制波形TFTLCD顯示、參數測量等工作。信號經過條理電路預處理（包括耦合方式調節等），再經過程控放大電路對電壓進行縮放，由STM32內部AD采樣電路將模擬的電壓信號轉換為數字信號，由STM32存儲處理，實時顯示波形，測量波形的參數。自行設計高效通訊協議，傳輸控制命令和數據。

2 系統的硬件構成

系統的硬件主要由前端的信號調理電路、程控放大電路、AD采樣電路、ARM主控電路和顯示電路。圖1為示波器前端信號處理電路總圖。

3 系統的軟件程序設計

系統的軟件部分采用實時操作系統μC/OS和圖形界面μC/GUI，實時處理采集的數據，控制波形TFTLCD顯示、參數測量等工作。

4 測試結果與分析

經過實際測試，本系統可以滿足以下技術指標：

（1）可以實時將采集到的信號波形顯示在顯示屏；

（2）實時計算信號的電壓峰峰值、周期、頻率、占空比等參數；

（3）垂直電壓靈敏度：10mV/div，20mV/div，50mV/div，0.1V/div，0.2V/div，0.5V/div，1V/div，2V/div，5V/div；

（4）水平時基范圍：2S，1S，500mS，200mS，100mS，50mS，20mS，10mS，5mS，2mS，1mS，500uS，200uS，100uS，50uS，20uS，10uS，5uS，2uS，1uS；

（5）實時采樣率≥1MSa/s ，采樣精度為12Bits；

（6）最高輸入電壓20Vpp；

（7）耦合方式：AC/DC；

（8）觸發功能：實現自動、常規、單次觸發方式 ，上升或下降邊沿觸發。

5 結論

這款便攜的數字示波器，具備示波器觀察波形、測量電壓、周期等基本的功能，雖然采樣速率不高，但是小巧實用，價格便宜，使得普通的學生或者調試工程師都可以有經濟條件購買和使用，完全滿足日常的使用要求。具備較高的市場價值。

參考文獻

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作者簡介

朱嫻（1984-），女，江蘇省南京市人。碩士學位。現為南京航空航天大學金城學院講師，主要從事電子與通信工程方面的研究。

作者單位

南京航空航天大學金城學院 江蘇省南京市 211100