本项目以RA4M2微控制器为核心，设计一款难度较低、操作便捷的多通道数字示波器，旨在满足电子爱好者、学生及小型实验室对基础信号测量的需求。装置支持1-2路模拟信号输入，通过RA4M2的高速AD转换功能对输入的电压、波形等信号进行采集与初步处理，再结合简单的信号滤波算法去除干扰，最终将波形数据传输至配套的LCD显示屏，实现波形实时显示、信号幅值与周期的基础测量，无需复杂的硬件调试与算法开发，核心功能聚焦于“信号采集-处理-可视化”的基础链路。该示波器在硬件设计上选用通用元器件，电路结构简化，降低焊接与组装难度，且配备简洁的按键操作界面，用户可通过按键切换测量通道、调整显示幅度。整体成本可控，适合作为电子技术入门实践项目，既能帮助使用者掌握微控制器信号处理、AD转换的基础原理，也能满足日常电子实验中对简单波形（如正弦波、方波）的测量需求，为后续复杂电子设备学习奠定基础。

2、项目属性

首次公开原创项目未获奖未答辩

3、开源协议

BCD License

https://opensource.org/licenses/BSD-2-Clause

4、硬件部分

本示波器硬件以 RA4M2 微控制器为核心，遵循 “结构简化、器件通用、操作便捷” 原则，聚焦基础信号测量需求，降低开发与使用门槛，适配电子爱好者、学生及小型实验室的入门场景。

在主控与核心采集模块设计上，RA4M2 作为控制中枢，其内置的高速 AD 转换器是信号采集核心。该 AD 转换器支持最高 12 位采样精度与 1MHz 采样率，可直接对接 1-2 路模拟信号输入，无需额外扩展 AD 芯片，能满足正弦波、方波等基础波形的采集需求。RA4M2 的 Cortex-M4 内核具备单周期乘法能力，可快速完成信号幅值、周期的基础计算，为波形处理与显示提供算力支持；同时其丰富的通用 IO 口与 SPI、I2C、定时器等外设接口，能直接对接 LCD 显示屏、按键等外设，减少硬件扩展环节，简化整体电路结构。

在模拟信号调理与输入链路设计上，采用极简处理方案。每路模拟信号输入端串联限流电阻与双向稳压管，实现过压过流保护，避免输入信号过载损坏 RA4M2；随后通过 RC 分压电路将输入电压范围适配至 RA4M2 AD 的 0-3.3V 输入区间，覆盖常见基础信号电压范围，无需复杂的增益可调放大电路，仅通过软件后续计算补偿幅值精度，既简化硬件结构，又降低焊接组装难度。信号调理电路均选用 0805 封装的通用电阻电容，易购且焊接便捷，适合电子入门者操作。

在显示与操作模块选型上，优先匹配通用易驱动的硬件。LCD 显示屏采用 1.8 英寸 SPI 接口屏，分辨率 128×160，通过 RA4M2 的 SPI 接口实现波形数据传输，屏幕实时显示采集到的波形、当前测量通道、信号幅值与周期，界面简洁无冗余信息；操作模块仅设计 3-4 个独立按键，通过 RA4M2 的 GPIO 口直接连接，分别对应 “通道切换”“幅度调整正负”“测量确认” 功能，按键布局清晰，无复杂菜单操作，用户可快速上手。

在电源与 PCB 设计上，兼顾稳定性与低成本。电源模块采用通用的 LM1117-3.3V 稳压芯片，输入 5V 直流电压，可通过 USB 或外置电源适配器供电，输出 3.3V 为 RA4M2、LCD 屏及信号调理电路供电，电源端并联 100μF 电解电容与 100nF 陶瓷电容滤波，确保供电纹波小于 10mV，避免干扰信号采集；PCB 布局采用 “信号分区” 设计，将模拟信号输入回路与数字电路分开布线，模拟地与数字地通过磁珠单点连接，减少数字信号对模拟采集的干扰。电路中无复杂贴片器件或特殊封装元件，所有元器件均为市场通用型号，成本可控且易获取，适合作为电子技术入门实践项目。

5、软件部分

本示波器软件围绕 “信号采集 - 处理 - 可视化” 核心链路开发，基于瑞萨灵活软件包构建简化架构，无需复杂算法与开发经验，聚焦基础功能实现，适配电子入门者的开发与使用需求。

在底层外设驱动设计上，依托灵活软件包的模块化 API 实现快速配置，降低开发门槛。AD 驱动针对 RA4M2 内置 AD 转换器开发，通过灵活软件包的 adc 模块初始化采样参数，设置采样率为 100kHz，满足基础波形采集需求，采样通道为 1-2 路，采用定时器触发采样模式，定时器定时 10μs 触发一次 AD 转换，确保采样时序稳定；LCD 驱动基于 SPI 接口开发，调用灵活软件包的 spi_master 模块实现与显示屏的通信，封装 “画点”“画线” 基础函数，无需深入调试显示协议；按键驱动通过 RA4M2 的 GPIO 中断实现，配置按键引脚为下降沿触发，中断优先级设为中等，确保按键操作响应及时，避免与信号采集任务冲突；定时器驱动用于生成 AD 采样触发信号与波形显示刷新时钟，定时 50ms 刷新一次 LCD 屏幕，保障功能时序协同。

在信号采集与处理环节，采用简洁算法实现基础信号优化。信号采集阶段，AD 转换器按设定采样率采集模拟信号，将原始数据缓存至 RA4M2 的 16KB SRAM 中，每缓存 256 个采样点触发一次数据处理；信号处理阶段，无需复杂滤波算法，仅通过均值滤波或滑动窗口滤波去除小幅值干扰，例如对连续 10 个采样点取平均值，平滑信号波动，同时保留波形的基础特征，避免过度处理导致波形失真。处理后的采样数据用于后续波形绘制与参数计算，整个过程耗时控制在 1ms 以内，不影响实时采集与显示。

在波形显示与参数测量上，聚焦直观呈现与基础计算。波形显示部分，通过 LCD 驱动的 “画线” 函数，将处理后的采样数据按比例映射到屏幕像素坐标，横向为时间轴，根据采样率计算每像素对应的时间，纵向为电压轴，根据 AD 输入范围换算每像素对应的电压值，实时绘制波形曲线；参数测量部分，RA4M2 对处理后的采样数据进行基础计算，幅值通过寻找波形的最大值与最小值差值得到，周期通过检测波形相邻两个峰值或谷值的采样点间隔，结合采样率换算得出，计算结果随波形一同显示在 LCD 屏幕指定区域，无需手动换算，直观呈现测量数据。

在用户交互控制上，设计简洁的操作逻辑。软件实时监测按键中断，触发 “通道切换” 按键时，切换 AD 采样通道并刷新 LCD 显示界面，同步更新当前通道标识；触发 “幅度调整” 按键时，修改电压轴的比例系数，例如每像素对应 0.1V 或 0.2V，实时调整波形在屏幕上的显示幅度，避免波形超出屏幕范围或显示过小；所有操作均无多级菜单，按键触发后直接执行对应功能，响应时间小于 100ms，确保用户操作便捷，无需复杂学习即可掌握使用方法。

*6、BOM清单

No.	Quantity	Comment	Designator	Footprint	Value	Manufacturer Part	Manufacturer	Supplier Part
1	9	Test-Point	+5V,-5V,ADC,AGND,FREQ,PWM,TP6,TP7,VIN	Test-Point-0.5mm
2	3	10uF	C1,C3,C4	C_Ele_SMD_3x5.4mm	10uF
3	5	100nF	C2,C5,C6,C8,C9	C0603	100nF
4	1	680pF/NC	C10	C0603	680pF/NC
5	1	10pF/NC	C11	C0603	10pF/NC
6	1	D_1N4007	D1	SMA_1N4007
7	2	HDR-F_2.54_1x2P	H3,H4	HDR-TH_2P-P2.54-V-F		2.54-1*2P母	BOOMELE(博穆精密)	C49661
8	3	Key_SMD_6x6x6.5	KEY1,KEY2,KEY3	SW-SMD_4P-L6.0-W6.0-P4.50-LS9.0-2
9	3	LED_0805-R	LED1,LED2,LED3	LED_0805
10	4	M3螺丝	M5,M6,M7,M8	螺钉孔
11	1	Res_0603	R1	R0603	1K
12	3	1K	R2,R3,R6	R0603	1K
13	1	R4	R4	R0603	20K
14	3	10K	R5,R9,R15	R0603	10K
15	2	510K	R7,R12	R0603	510K
16	1	R8	R8	R0603	10K
17	3	20K	R10,R13,R14	R0603	20K
18	1	470K	R11	R0603	470K
19	1	0	R16	R0603	0
20	1	KH-BNC75-3511	RF1	ANT-TH_KH-BNC75-3511		KH-BNC75-3511	kinghelm(金航标)	C2837588
21	3	拨动开关_侧	SW1,SW2,SW3	拨动开关_侧
22	1	EC11E15244B2	SW4	旋转编码器
23	1	LC-GD32E230C8T6	U1	DIP-40_L53.3-W22.9-P2.54-LS15.24		LC-GD32E230C8T6	立创开发板	C20068939
24	1	XD7660	U2	DIP-8_L9.7-W6.4-P2.54-LS7.6-BL		XD7660	XINLUDA(信路达)	C521200
25	1	1.8寸TFT屏模块	U3	1.8寸TFT屏模块-8PIN
26	1	LM393P	U4	DIP-8_L10.1-W6.3-P2.54-LS7.6-BL-1		LM393P	TI(德州仪器)	C5209
27	1	TL072IP	U5	PDIP-8_L9.3-W6.4-P2.54-LS7.6-BL		TL072IP	TI(德州仪器)	C110329
28	1	KH-TYPE-C-2P	USB1	USB-SMD_KH-TYPE-C-2P		KH-TYPE-C-2P	kinghelm(金航标)	C2919656