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以STM32作为下位机采集,通过PC端程序进行处理和显示,实现的12bit精度低频虚拟示波器功能

作者:alien2006?? 2008年07月17日 ?? 收藏0
EDN博客精华文章??作者:alien2006

??????? 做一个数字采样示波器一直是我长久以来的愿望,不过毕竟这个目标难度比较大,涉及的方面实在太多,模拟前端电路、高速ADC、单片机、CPLD/FPGA、通讯、上位机程序、数据处理等等,不是一下子就能成的,慢慢一步步来呗,呵呵,好歹有个目标,一直在学习各方面的知识,也有动力:)
???由于高速ADC涉及到采样后的数据存储问题,大量的数据涌入使得单片机无法承受,因此通常需要用外部高速RAM加CPLD配合,或者干脆用大容量的FPGA做数据存储处理等,然后通知单片机将数据发送出去。这部分实在是难度比较大,电路非常复杂,自己是有心无力啊,还得慢慢地技术积累。。。
????正好ST新推出市场的以CORTEX-M3为核心的STM32,内部集成了2个1Msps 12bit的独立ADC,并且内部高达72MHZ的主频,高达1.25DMIPS/MHZ的处理速度,高速的DMA传输功能,灵活强

大的4个TIMER等等,这些真是非常有吸引力,何不用它来实现一个低频的数字示波器功能呢,我的目标是暂时只要定量定性地分析20KHZ以下的低频信号就行了,目标不高吧,用STM32可以方便地实现,等有了一定经验之后慢慢再用FPGA和高速ADC搞个100Msps采样的示波器!?
1、ADC转换:STM32增强型芯片内置的2个独立ADC,可以有16个通道,并且2个通道可以并行的同步采样,触发方式很灵活,可以通过TIMER以及外部电平等方式触发,并行方式下ADC2自动同步于ADC1;ADC在最高速采样的时候需要1.5+12.5个ADC周期,在14M的ADC时钟下达到1Msps的速度,因为我主频是72M所以4分频后稍微高了点,18MHZ的ADC时钟,采样速度应该高于1M了。ADC 采样2路同时采样方式,用TIM2 CC2来生成时钟信号触发ADC来实现指定频率的采样。ADC1/ADC2采样的结果是一个word
2、采样频率控制:由于STM32内部的4个TIMER非常强大,每个TIMER又有4个通道,再加上独立的预分配器,实际上可以实现任意分频,因此用TIM2 CC2来产生指定频率的时钟,用来触发ADC1连续采样。
3、采样数据传输及每次采样深度控制:ADC产生的转换数据通过高速DMA 通道1来传输置指定的内部RAM中,并且将DMA通道一设置成最高优先级,以保证数据准确,并且用DMA每次传输的个数来控制采样的深度,例如我要采集100个点那么就设置DMA传输100个次,每次从32位ADC转换寄存器传输一个word到RAM中,等完成了100次传输后,DMA通道自动停止(实际上ADC是一直按照要求的采样频率连续在后台采样,只是我去取数据而已),下次采集的时候我只要再设置下采样的个数使能DMA CHANNEL1就行了。
4、与上位机通讯:通讯也是个难题,要达到快速地将大量数据发给上位机的目的,传输的速率肯定低不了,开始我想先用串口,不过很快就放弃了,一则即使我用外部USB转串口的芯片最高也只能达到1M的速度,并且数据会丢失; 后来还是采用了网络传输的方式,用SPI 接口的ENC28J60芯片,这个芯片我在MEGA32和AT91SAM7S64上都用过,接口简单挺方便的,速度还可以,在SAM7S64上DMA凡是用UDP协议单向发送的速度可以达到400KB/S以上,这次用了STM32发现速度大增,经过我用STM32的DMA传输后,同样UDP协议单向发速度竟然达到了500KB/S以上,甚至最高可以达到600KB/S,这个真是意外的收获。
5、上位机程序:还是用VS2005,我还是喜欢用C#,主要是微软的C#做得是在太舒服了,编辑器智能化程度真高,缺点就是程序执行时候CPU利用率要高点,。波形显示还是用NI的measurementStudio8来实现,一个是漂亮方便,另外最要紧的就是MeasurementStudio8里面有一大堆数据处理的库,从简单的波形有效值计算,频率计算,到各种各样的函数滤波器功能,还有FFT频域分析,时域分析等等,但凡要用到的仪器相关处理里面都有,另外本来我打算要在模拟前端里面加一个相位锁定的电路,以固定显示的波形起点,后来发现MeasurementStudio8里面有个PeakDetector的类,用这个来实现波形的锁定连这个电路都可以省了。用MeasurementStudio8来实现实在是非常方便,并且准确。只是我没啥资料,还在探索当中

波形显示程序

波形显示程序

波形显示程序

ENC28J60网络子卡以及STM32的评估板

ENC28J60网络子卡以及自己DIY的信号发生器照片,下面的绿板子是STM32的评估板


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示波器? STM32? FPGA? CPLD?

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