基于ARM的便携式数字示波器设计

摘 要本项目研究的是一款小型的便携式数字示波器，体积小巧，携带方便，成本低廉，可以应用于生产、工程实践、开发调试和实验教学。示波器采用ARM Cortex-M3内核的STM32处理器作为主控系统，触摸屏控制，液晶屏显示，整体尺寸大约为4.3寸-7寸之间，可以实时采集显示波形信号，观察波形的形状，观察相位变化，测量波形的电压、周期（频率）等参数，是非常实用的一款便携式的电子图示测量仪。

【关键词】便携式 数字示波器

示波器是理工科学生必须掌握的一种测量工具，也是非常常用的工具。我们考虑设计一款便携的数字示波器，具备示波器观察波形、测量电压、周期等基本的功能，小巧实用，价格便宜，使得普通的学生或者调试工程师都可以有经济条件购买和使用。这样使得调试设计的工作不需要局限在实验室了，随时随地可以完成；部分测试、检验工程师可以不必携带笨重的大型示波器，只需要小型的数字示波器就可以完成现场的测试、调试工作。

本设计中的实物作品有以下特征：

（1）体积小巧，便携，成本低廉；

（2）具备观察电信号的波形，测量电压、周期（频率）等基本功能；

（3）液晶屏显示波形，显示电压、时间控制参数，波形显示实时、稳定。

1 方案设计

本项目采用STM32处理器，主频可以运行到72MHz以上，通过内置的AD模块，将采集到的模拟信号转换成数字信号，采样速率大约为1MHz，精度为12Bit；软件方面采用实时操作系统μC/OS和图形界面μC/GUI，实时处理采集的数据，控制波形TFTLCD显示、参数测量等工作。信号经过条理电路预处理（包括耦合方式调节等），再经过程控放大电路对电压进行缩放，由STM32内部AD采样电路将模拟的电压信号转换为数字信号，由STM32存储处理，实时显示波形，测量波形的参数。自行设计高效通讯协议，传输控制命令和数据。

2 系统的硬件构成

系统的硬件主要由前端的信号调理电路、程控放大电路、AD采样电路、ARM主控电路和显示电路。图1为示波器前端信号处理电路总图。

3 系统的软件程序设计

系统的软件部分采用实时操作系统μC/OS和图形界面μC/GUI，实时处理采集的数据，控制波形TFTLCD显示、参数测量等工作。

4 测试结果与分析

经过实际测试，本系统可以满足以下技术指标：

（1）可以实时将采集到的信号波形显示在显示屏；

（2）实时计算信号的电压峰峰值、周期、频率、占空比等参数；

（3）垂直电压灵敏度：10mV/div，20mV/div，50mV/div，0.1V/div，0.2V/div，0.5V/div，1V/div，2V/div，5V/div；

（4）水平时基范围：2S，1S，500mS，200mS，100mS，50mS，20mS，10mS，5mS，2mS，1mS，500uS，200uS，100uS，50uS，20uS，10uS，5uS，2uS，1uS；

（5）实时采样率≥1MSa/s ，采样精度为12Bits；

（6）最高输入电压20Vpp；

（7）耦合方式：AC/DC；

（8）触发功能：实现自动、常规、单次触发方式 ，上升或下降边沿触发。

5 结论

这款便携的数字示波器，具备示波器观察波形、测量电压、周期等基本的功能，虽然采样速率不高，但是小巧实用，价格便宜，使得普通的学生或者调试工程师都可以有经济条件购买和使用，完全满足日常的使用要求。具备较高的市场价值。

参考文献

[1]赵琪.100MHZ数字存储示波器的软件实现一参数测量与人机交互功能的实现[D].成都：电子科技大学，2001.

[2]赵存瑜.DSO程控功能的实现及其研究[D].成都：电子科技大学2004.

[3]Tektronix.DP07000系列数字存储示波器用户手册.071.1071-00[S].美国：Tektronix2000.

作者简介

朱娴（1984-），女，江苏省南京市人。硕士学位。现为南京航空航天大学金城学院讲师，主要从事电子与通信工程方面的研究。

作者单位

南京航空航天大学金城学院 江苏省南京市 211100