硬木课堂STM32H750示波器&信号源扩展板

信号输入：

• 两路模拟信号输入通道
• 输入信号范围：-15v~+15v
• 通过电阻串联分压实现1MΩ的输入阻抗，继电器开关电路选择信号直连/缩小20倍

• 因为STM32H750内部VREF采用3.3V供电，故ADC采集范围范围为0~3.3v，模拟输入电压范围为-15v~15v，所以需要将信号缩小至少30/3.3 (约为9倍) 再加上3.3/2=1.65v的正向偏移量即可进行完整信号的采集。这里就将信号缩小十倍(电阻参数好选择)
• 当输入信号较小时，使用继电器选择直连通路，确保进入ADC的信号尽可能大。再配合16位ADC，可以让采样结果准确可靠
• 前级运放为同相放大器，可实现实现信号放大2倍＋正向偏移1.65v

（上面-1.65v由-12v经过电阻分压+电压跟随器得到）

• 后级运放为滞回比较器，同相输入端输入由DAC1_OUT1产生的直流触发信号，实现方波输出，便于后续触发ADC采集信号、捕获测频等。合适的触发信号也能让波形稳定地显示
• 串联式肖特基二极管电位钳制防止损坏核心板

 

电源部分：

• DCDC升压及负压产生电路，原理我忘了，大概是芯片能将FB与GND之间的电压维持在0.6v，电阻配比就能输出15v。SW处电压在0~15v间来回振荡，SW输出15v时D10导通C50充电，充满电后C50压差为15v；SW输出0v时D11导通C50放电，15v的压差转移到C51上，就能输出-15v

（这部分电路的布线建议多看手册了解注意事项，布线不规范容易导致升压失败）

得到±15v之后就能直接通过LDO得到±12v和+5v（这里不直接使用外接电源的5v是因为后续要给模拟输出通道提供负向偏移量，外接电源波动较大而通过LDO得到的5v很稳定）

 

模拟输出部分：

• 两阶RC滤波器，实现低通滤波器功能
• STM32ADC输出范围为0~3.3v，为了达到-10v~+10v输出要求，需要将信号放大20/3.3（约为6倍）再向下偏移10v

图上2v是5v通过电阻分压再通过电压跟随器得到的

因为Vn=Vp，所以Vout=（Vp-2）*5 + Vp = 6Vp -10v，-10v的偏移量就是这么得到的~

ADC为12位输出精度，当调小DAC码值输出小信号时，要想波形的电压分辨率达到7位精度，也就是波形的垂直分辨率有128个点，只能将波形衰减128/4096=1/32，换算到输出电压范围±10V/32 =±0.3215V，在±0.3125V以下更小的信号，再靠调小码值输出的话，DAC的分辨率就不足了，波形上的台阶就比较明显。所以当要输出±0.3125V以下更小的信号的时候，由直接输出切换至电阻分压将波形衰减1/20输出，确保了小信号下的电压分辨率。

• 两个档位输出的对地阻抗为50Ω

 

按键说明：KEY1:向后选中  KEY2:向前选中  KEY3:通道1/2触发选择  KEY4:ADC打开/关闭

软件部分：

1、使用到的定时器：

• LPTIM1：1.每20ms触发DMA进行一次屏幕刷新   2.每100ms进行按键状态的检测
• LPTIM2：超时功能，如果在100ms内产生触发信号会在TIM2中断内计算频率+开启ADC的采集+关闭超时功能，如果超时了就直接打开ADC采集再关闭超时功能
• TIM2：CH1、CH2捕获比较器产生的触发信号
• TIM3：编码器模式计数
• TIM6：触发DAC1_OUT2调节频率和峰峰值

 

2、ADC：

• 16位ADC1+ADC2双通道采集提高采样率

 

3、DMA：

3个外设的DMA被使能：ADC采集（优先级最高）、DAC发送模拟信号、SPI向屏幕发送数据（优先级最低）

 

4、X/Y轴的切换：

• X轴切换：通过更改ADC采样率，从而对采样范围进行调整，采样率越大，采样时间越长，显示的信号越宽。共设6个采样时间：8us、16us、32us、64us、160us、320us、640us
• 垂直轴切换：通过对ADC采集数据进行处理获得，共设置100、200、500、1000、2000、5000mv/格6个档位

 

5、FFT快速傅里叶变换

• 我搞不明白

屏幕底下蓝色的信号就是FFT的信号

 

此处附上官方教程：第一章 功能划分和准备工作 (yuque.com)

官方示例代码会附在文章最后

最后的最后：本人根据自己的情况及偏好对代码进行了一些修改，包括：1.因为用的EC11，转一下跳两个档，在程序里改回来了。2.EC11按下后进行系统复位。3.波形以及选中的高亮显示颜色的修改。

视频演示：硬木课堂STM32H750示波器&信号源扩展板_哔哩哔哩_bilibili