基于STM32的简易数字示波器 - 嘉立创EDA开源硬件平台

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专业版 基于STM32的简易数字示波器

简介:一款基于STM32的简易示波器,用于检测和显示波形,还可以输出频率占空比可调的PWM方波

开源协议: Public Domain

(未经作者授权,禁止转载)

已参加:简易数字示波器训练营

创建时间: 2024-03-04 21:56:25
更新时间: 2024-03-19 23:35:00
描述
数字示波器是一种用于显示电信号波形的仪器,主要由模拟前端处理电路、单片机电路、电源电路、控制电路、触发电路、校准电路等电路组成。
本次训练营采用GD32为主控(可以和STM32F103C8T6完全兼容),来进行对信号的dac采样和输出。
1.电源模块
我采用3.7V锂电池和TypeC来供电,通过电源切换电路来进行对TypeC和锂电池供电切换,然后经过PW5100芯片对电压进行升压,再给其他元件供电,
锂电池充电电路通过TP4056进行对电池充电,其中有两个指示灯来对电池电量检测,充电完成绿灯亮,正在充电红灯亮。
负压产生电路

除了电源输入电路为,为保障运算放大器对于负电压的测量性能,使用了XD7660负压产生电路得到一个 负电压,该芯片外围电路简单,只需要两个电容和一个二极管即可工作,理论上输入电压为+5V,也可以输出一个-5V的电压,由于芯片内部存在一定压降及转换效率,实际测量负电压为-4.3V左右,也能满足运算放大器的要求。

2.模拟前端处理电路
包括输入交直流耦合切换电路、输入信号衰减电路、以及信号调理电路。
交直流耦合切换电路:通过一个100nF电容来阻隔直流分量,频率越高电容选择应该越小,这里100nF足够了,关于电容选择可以查看相关资料。
信号衰减电路:在测量高压时,板子难以承受,所以需要对电压进行衰减,这里对电压进行1/50衰减,可以算出低压档可以测-1.6~+5V,高压档可以测-80V~+250V,这里因为没有保护,所以最好别测量高压,注意安全。也可以自己更换电阻改变衰减倍数。
信号调理电路:这里涉及模电相关知识,可用“虚短,虚断”进行分析。后面跟一个电压跟随器(阻抗匹配)和比例放大电路,得到Vo=(5-Vin)/2
 
3.比较器测频电路:
将ADC输入信号通过一个滞回比较器对输入信号进行比较,实现频率的测量功能。
为了增强电路的抗干扰能力,在单限比较器的基础上引入了正反馈,保障了在一定范围内信号的稳定性。通过滞回比较器电路后输出一个方波信号,使用单片机的定时器捕获功能计算出输入波形的周期大小。
4,旋转编码器电路

旋转编码器属于一种特殊的按键,该项目使用的EC11旋转编码器有五个引脚,其中DE两个引脚类似于普通按键引脚,按下导通,松手断开,其余ABC三个引脚用于检测旋钮的转动方向,C脚为公共端,直接接地就行。

在旋转编码器时,A和B两个信号引脚存在相位差,也就是有一个引脚信号变化后另一个引脚信号再跟着变化,即两个引脚不同时变化,通过检测哪个引脚先变就能判断是正转还是反转功能。

其余电路较为简单,这里不做过多介绍。

接下来看看实物成品图

 

经过测量,测量方波带宽可以到30~50KHz,也是一个不错的测量工具。

可以通过视频观看效果

GD32和STM32源码和HEX文件,BIN文件都放在下面了,GD32如果烧录HEX文件时软件闪退可以换BIN文件试试。STM32串口烧录可以用FLYMCU烧录

 

设计图
原理图
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