【分享】陈锦威周睿志 简易示波器

陈锦威

一、作品简介
我们设计了一款基于STM32F103主控和迪文屏的简易数字示波器，主要为了解决传统台式示波器体积大、成本高的问题，满足嵌入式开发和现场测试的便携需求。这个作品能够实时采集并显示正弦波、方波、三角波和脉冲等多种波形，测量信号的峰峰值电压和频率，还通过迪文屏做了简单的交互界面，支持波形冻结和单次触发。
二、工作原理
工作原理方面，我们利用了STM32F103内部的12位ADC，配合定时器触发和DMA搬运，实现了约47.6kHz的采样率（ADC时钟12MHz，采样周期239.5+12.5，单次转换21微秒）。采集到的原始ADC值（0~4095）先经过动态直流分量消除算法：遍历300个采样点找到最大值和最小值，取平均值作为直流偏置，然后把所有采样点减去这个偏置并加上2048（ADC中值），这样可以有效避免硬件削顶失真。接着根据极值计算峰峰值和频率，再将ADC值映射到迪文屏波形显示区域（0~1000），并通过串口按照自定义协议（帧头5A A5，指令82，波形绘制子码）批量发送数据点，迪文屏完成描点绘图。
三、设计原理
硬件上：
硬件上我们用了STM32F103C8T6，直接连接迪文屏的串口，信号输入范围0~3.3V（前级可以根据需要加衰减或偏置电路），另外加了一个独立按键用于波形冻结和单次触发。软件部分主要分成系统初始化、ADC+DMA连续采样、数据处理计算（直流分量、峰峰值、频率、增益系数）、发送到迪文屏以及按键检测这几个步骤。有意思的是，我们还加入了一个自适应增益算法：根据波形中点到边界的距离动态调整显示增益，让波形在屏幕上始终显示在合适的幅度范围。按键逻辑是长按冻结波形和频率，短按实现单次触发。
软件上：
迪文屏的界面我们设计了开机画面和示波器主界面，通过地址分配在指定位置实时显示电压和频率数值，波形绘制区域则用迪文屏的绘图指令完成。我们做了PCB打板验证，整体框架没有问题。实际测试中，输入1Vpp、57kHz正弦波，测量得到1.00V和58.45kHz（频率误差约2.5%）；输入5kHz方波，测得1.02V和5.01kHz（电压误差2%，频率误差0.2%）；三角波和脉冲波也基本正常，只有不等距脉冲的频率误差稍大（33.6%），后续可以进一步优化触发算法。

演示视频：
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