做一個數字采樣示波器一直是我長久以來的願望，不過畢竟這個目標難度比較大，涉及的方面實在太多，模擬前端電路、高速ADC、單片機、CPLD/FPGA、通訊、上位機程序、數據處理等等，不是一下子就能成的，慢慢一步步來唄，呵呵，好歹有個目標，一直在學習各方面的知識，也有動力：)由於高速ADC涉及到采樣后的數據存儲問題，大量的數據涌入使得單片機無法承受，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做數據存儲處理等，然后通知單片機將數據發送出去。這部分實在是難度比較大，電路非常復雜，自己是有心無力啊，還得慢慢地技術積累。。。
正好ST新推出市場的以CORTEX-M3為核心的STM32，內部集成了2個1Msps 12bit的獨立ADC，並且內部高達72MHZ的主頻，高達1.25DMIPS/MHZ的處理速度，高速的DMA傳輸功能，靈活強大的4個TIMER等等，這些真是非常有吸引力，何不用它來實現一個低頻的數字示波器功能呢，我的目標是暫時只要定量定性地分析20KHZ以下的低頻信號就行了，目標不高吧，用STM32可以方便地實現，等有了一定經驗之后慢慢再用FPGA和高速ADC搞個100Msps采樣的示波器!
說來也真是幸運，得到了朋友相贈的STM32F103VB以及評估版的電路板，這些日子一直在學習STM32，不斷地做實驗，也算是稍微有點入門了，真是了解越多越喜歡這個芯片，呵呵。
想來對數據采樣以及數字示波器感興趣的朋友很多，下面我簡單描述下實現方式，發帖也跟大家分享下我的喜悅：)
1、 ADC轉換：STM32增強型芯片內置的2個獨立ADC，可以有16個通道，並且2個通道可以並行的同步采樣，觸發方式很靈活，可以通過TIMER以及外部電平等方式觸發，並行方式下ADC2自動同步於ADC1;ADC在最高速采樣的時候需要1.5+12.5個ADC周期，在14M的ADC時鍾下達到 1Msps的速度，因為我主頻是72M所以4分頻后稍微高了點，18MHZ的ADC時鍾，采樣速度應該高於1M了。ADC 采樣2路同時采樣方式，用TIM2 CC2來生成時鍾信號觸發ADC來實現指定頻率的采樣。ADC1/ADC2采樣的結果是一個word
2、采樣頻率控制：由於STM32內部的4個TIMER非常強大，每個TIMER又有4個通道，再加上獨立的預分配器，實際上可以實現任意分頻，因此用TIM2 CC2來產生指定頻率的時鍾，用來觸發ADC1連續采樣。
3、采樣數據傳輸及每次采樣深度控制：ADC產生的轉換數據通過高速DMA 通道1來傳輸置指定的內部RAM中，並且將DMA通道一設置成最高優先級，以保證數據准確，並且用DMA每次傳輸的個數來控制采樣的深度，例如我要采集 100個點那么就設置DMA傳輸100個次，每次從32位ADC轉換寄存器傳輸一個word到RAM中，等完成了100次傳輸后，DMA通道自動停止(實際上ADC是一直按照要求的采樣頻率連續在后台采樣，只是我去取數據而已)，下次采集的時候我只要再設置下采樣的個數使能DMA CHANNEL1就行了。
4、與上位機通訊：通訊也是個難題，要達到快速地將大量數據發給上位機的目的，傳輸的速率肯定低不了，開始我想先用串口，不過很快就放棄了，一則即使我用外部USB轉串口的芯片最高也只能達到1M的速度，並且數據會丟失;后來還是采用了網絡傳輸的方式，用SPI 接口的ENC28J60芯片，這個芯片我在MEGA32和AT91SAM7S64上都用過，接口簡單挺方便的，速度還可以，在SAM7S64上DMA凡是用UDP協議單向發送的速度可以達到400KB/S以上，這次用了STM32發現速度大增，經過我用STM32的DMA傳輸后，同樣UDP協議單向發速度竟然達到了500KB/S以上，甚至最高可以達到600KB/S，這個真是意外的收獲。
5、上位機程序：還是用VS2005，我還是喜歡用C#，主要是微軟的C#做得是在太舒服了，編輯器智能化程度真高，我只要剛剛輸個開頭的字母，馬上就感知出來一堆讓你選擇，連挨個敲字符的功夫都省了，還不用擔心拼寫出錯到時候找原因的麻煩，呵呵，缺點就是程序執行時候CPU利用率要高點，什么時候它的C++ 編輯器也到這個程度我就換回C++，哈哈。波形顯示還是用NI的measurementStudio8來實現，一個是漂亮方便，另外最要緊的就是 MeasurementStudio8里面有一大堆數據處理的庫，從簡單的波形有效值計算，頻率計算，到各種各樣的函數濾波器功能，還有FFT頻域分析，時域分析等等，但凡要用到的儀器相關處理里面都有，另外本來我打算要在模擬前端里面加一個相位鎖定的電路，以固定顯示的波形起點，后來發現 MeasurementStudio8里面有個PeakDetector的類，用這個來實現波形的鎖定連這個電路都可以省了。用 MeasurementStudio8來實現實在是非常方便，並且准確。只是我沒啥資料，還在探索當中
顯示的界面及部分照片：
數據采樣后輸出到PC上顯示的圖形很精確，包括MAX038產生的正弦波上部的小尖峰也很清楚，STM32的ADC精度很穩定性相當好，對於音頻范圍的低頻信號來說，1Msps的采樣也基本夠用了。只要采集足夠的點送給measurementsudio提供的函數來分析，可以達到非常精確的程度，12BIT 的分辨率相當於數字表的3位半的效果，用來測試信號的頻率、真有效值、峰值、峰峰值等等非常方便和精確，和我用硬件實現的頻率計和真有效值的讀數相同(這也說明了我做的信號發生器的硬件是准確的，哈哈，之前跟數字表總對不上，看來是數字表准確度差)，實現完全可以當作低頻示波器來用，再加上個模擬前端電路，完全可以實用化了
上位機的程序：
上位機的程序還處在對於measuremenStudio的摸索當中，只是初步了解到了幾個函數，用它來實現數據處理實在是方便，
look public void DataReceived_Proc() //UDP數據接收、數據處理、數據顯示函數
{
try
{
while (bStates)
{
myudpcomm.Receive(ref CommReceiveBuffer);
Received_Command = Bytes2Struct(ref CommReceiveBuffer);
//textBox3.Text = Received_Command.SampleRate.ToString() + (acEstimate++).ToString();
dADC1_Result = new double[Received_Command.SampleDepth];
dADC2_Result = new double[Received_Command.SampleDepth];
//數據處理，將通訊接收區中的ADC數據傳入繪圖用數組中
for (int i = 0; i < (int)(Received_Command.SampleDepth); i++)
{
dADC1_Result = (BitConverter.ToUInt16(CommReceiveBuffer, 40 + 4 * (i + 0))) * (3.3 / 4096.0);
dADC2_Result = (BitConverter.ToUInt16(CommReceiveBuffer, 40 + 4 * (i + 0) + 2)) * (3.3 / 4096.0);
}
str = "通道A(綠色)\r\n";
//測試真有效值
Measurements.ACDCEstimator(dADC1_Result, out acEstimate, out dcEstimate);//交流(AC方式相當於信號通過一個電容隔直后進行測量)和直流(DC直通方式進行測量)真有效值測量
str += "AC方式有效值：" + ((int)(acEstimate * 1000)).ToString() + "mV" + "DC方式有效值" + ((int)(dcEstimate * 1000)).ToString() + "mV\r\n";
//測試信號頻率、振幅Vp
mySingleToneInformationADC1 = new SingleToneInformation(dADC1_Result, Received_Command.SampleRate);
str += "頻率：" + ((int)(acEstimate * 1000)==0 ? 0int )mySingleToneInformationADC1.Frequency).ToString() + "Hz" + "振幅Vp：" + ((int )mySingleToneInformationADC1.Amplitude*1000).ToString() + "mV\r\n";
str += "\r\n通道B(紅色)\r\n";
//測試真有效值
Measurements.ACDCEstimator(dADC2_Result, out acEstimate, out dcEstimate);//交流(AC方式相當於信號通過一個電容隔直后進行測量)和直流(DC直通方式進行測量)真有效值測量
str += "AC方式有效值：" + ((int)(acEstimate * 1000)).ToString() + "mV" + "DC方式有效值" + ((int)(dcEstimate * 1000)).ToString() + "mV\r\n";
//測試信號頻率、振幅Vp
mySingleToneInformationADC2 = new SingleToneInformation(dADC2_Result, Received_Command.SampleRate);
str += "頻率：" + ((int)(acEstimate * 1000) == 0 ? 0 : (int)mySingleToneInformationADC1.Frequency).ToString() + "Hz" + "振幅Vp：" + ((int)mySingleToneInformationADC1.Amplitude * 1000).ToString() + "mV\r\n";
textBox3.Text = str;
//ThresholdPeakDetector.Analyze用來找出從波谷到波峰上升沿頂點的數組序號
//可以用於固定顯示波形從上升沿的某固定點開始，相當與硬件的同步觸發電路功能
//b = ThresholdPeakDetector.Analyze(dADC2_Result, 2, 10);
//foreach (int k in b)
//{
//textBox3.Text += k.ToString() + " ";
//}
//for (int i = 0; i < Received_Command.SampleDepth - b[1]; i++)
{
//dADC1_Result = dADC2_Result[i + b[1]];
}
//textBox3.Text += b[b.Length - 1].ToString();
//bIsUdpDataReceived = true;//表示接收到了UDP數據，允許進行再次發送
bIsDataReadyForPlot = true;
myGraphPlotProc();//繪圖輸出*/
//myD1 = new myMethodDelegate(h);
//myD1(1);
}
}
catch (Exception e1)
{
timer1.Enabled = false;
MessageBox.Show(e1.ToString());
}
finally
{
timer1.Enabled = false;
}
}
/************************************************************************************
* 繪圖輸出過程函數供，mygGraphPlotThread進程調用
* 始終循環檢測bIsDataReadyForPlot,一旦為真則進行繪圖，繪圖完成后置標志為false
* **********************************************************************************/
public void myGraphPlotProc()//繪圖輸出函數
{
//while (true )
{
if(bIsDataReadyForPlot)
{
waveformPlot1.PlotY(dADC1_Result);
waveformPlot2.PlotY(dADC2_Result);
bIsDataReadyForPlot = false;
}
}
}
下位機的程序：
下位機的程序，也還在完善，現在只做到了基本的功能，還不穩定，主要問題還是在傳輸上的，這次為了一次傳輸比較多的數據，要將UDP數據包分解，分成多個小於1518字節的幀發送，因此發現當數據發送快的時候很容易導致數據停止發送，以前用MEGA32和SAM7的時候沒注意過，當時的處理速度也慢，沒暴露出來，想來想去可能是由於連續發送的時候速度太快導致的沖突，ENC28J60出錯掛起了，還是ENC28J60沒有吃透，對於里面的流控、以太網沖突檢測這些還需要進一步研究。
/******************** (C) COPYRIGHT 2007 STMicroelectronics ********************
*STM32F10*** 雙通道ADC數據采集並通過ENC28J60實現UDP通訊傳輸
*作者:alien2006
*環境:keil for arm mdk 3.15b
*版本:V0.2
*時間:20071202
*說明:V0.2
*一、網絡通訊部分
*1、先采用STM32 SPI輪詢方式進行傳輸試驗，ping 192.168.1.100 -l 1400 -n 10
*在輪詢方式下未改進SPI1_SendByte()函數(內部直接用ST提供的函數語句)需 avg=9ms時間
*輪詢方式下將SPI1_SendByte()函數中的4條語句修改為直接寄存器存取后avg提高到7ms
*輪詢方式下取消SPI1_SendByte()直接代之以函數中四語句avg提高到6ms
*經過上述的逐步修改，傳輸UDP1400個字符時雙向傳輸(接收1400個字節再發送這1400個字節)間隔4MS可達210KB/S
*2、enc28j60.c修改增加STM32 SPI傳輸DMA和非DMA編譯選項，DMA方式下網絡最大傳輸速度測試達到350KB/S
*3、改進了ZYP_UDP.C實現了當要發送的UDP數據長度超過單幀所能容納時，將UDP數據
*自動進行分組，並可在編譯時自定義每個分組長度;
*改進了ENC28J60.C加入了ENC28J60DMA空閑和網絡發送完畢的判斷，解決了當發送速度過快時導
*致傳輸出錯問題。測試單向發送速度超過500KB/S;
*二、STM32數據采集部分
*1、ADC1/ADC2實現並行同時數據采集，12BIT最高可達1MSPS采樣速度並通過STM32的DMA傳輸放入內存中
*2、TIM2 CC2實現對ADC采樣的觸發，ADC_Sample_Frequency_Set函數實現自定義TIM2 OC2頻率輸出，
*3、采樣的頻率和采樣個數通過接收到的UDP控制命令來指定
*采樣的頻率為20HZ~1MHZ;
*采樣深度為1~4000個數據(受限於STM32內存20KB容量,一個數據為2個12bitADC通道讀數,需一個word)
*4、定義了簡單的UDP控制命令結構，用於實現與PC通訊和控制采樣頻率和采樣深度
*三、其他
*1、程序待解決問題：UDP分組發送出錯問題未完全解決，有待進一步解決
*2、期待增加模擬前端電路，並實現放大倍數程控，通過上位機程序可以設置
*
* V0.1：最初程序，實現簡單固定頻率和深度的並行ADC采樣和UDP通訊，並編制了簡單的上位機程序，
*可以進行采樣波形的顯示
*******************************************************************************/
貼下ADC和時鍾部分的程序，這里都是高手，大家不要笑我啊，呵呵
/*******************************************************************************
* Function Name: DMA_ADC_Transfer_Reset
* Description: ADC1/ADC2 DMA傳輸通道復位，准備下一次DMA傳輸
* Input: None
* Output: None
* Return: None
*******************************************************************************/
void DMA_ADC_Transfer_Reset(void)
{
//開始DMA傳輸
//以下5句是采用函數方式共耗時多達百多個周期
//DMA_Cmd(DMA_Channel1, DISABLE);//先要禁止DMA_ChannelX,才能修改DMA通道X傳輸數量寄存器DMA_CNDTRx
//DMA_ClearFlag(DMA_FLAG_GL1|DMA_FLAG_TC1|DMA_FLAG_HT1|DMA_FLAG_TE1);
//DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = Transfer_ReceiveData_Buffer.InWord.SampleDepth;//重新設置要通過DMA傳輸數據量
//DMA_Init(DMA_Channel1, &DMA_InitStructure);
//DMA_Cmd(DMA_Channel1, ENABLE);// Enable DMA channel1
//以下4句是采用直接寫寄存器方式一共耗時24個周期
DMA_Channel1->CCR &= ~(1<<0); //禁用DMA_Channel,EN是CCR1寄存器的0位
DMA->IFCR |= 0x0000000F;//清除CHANNEL1的4個標志
DMA_Channel1->CNDTR = (u16)Transfer_ReceiveData_Buffer.InWord.SampleDepth;//重新設置要設置的DMA傳輸數據量
DMA_Channel1->CCR |= (1<<0);//重新使能DMA_channel1
while(!(DMA->ISR & DMA_FLAG_TC1));
DMA_Channel1->CCR &= ~(1<<0); //禁用DMA_Channel,EN是CCR1寄存器的0位
}
/*******************************************************************************
* Function Name: DMA_ADC_Transfer_Init
* Description: ADC1/ADC2 DMA傳輸通道初始化
* Input: None
* Output: None
* Return: None
*******************************************************************************/
void DMA_ADC_Transfer_Init(void)
{
/* DMA channel1 configuration ----------------------------------------------*/
DMA_DeInit(DMA_Channel1);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ADC_DR_Address;//ADC數據寄存器地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&Transfer_SendData_Buffer.InWord.data[0];//目標緩沖區地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;//外設是源
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 0;//設置DMA讀取長度為
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外設地址不遞增
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//目標緩沖區地址遞增
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word;//外設數據寬度
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Word;//目標緩沖區數據寬度
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;//DMA模式：Circular循環模式/Normal普通模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;//優先級
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;//內存到內存模式不使能
DMA_Init(DMA_Channel1, &DMA_InitStructure);
/* Enable DMA channel1 */
//DMA_Cmd(DMA_Channel1, ENABLE);
}
/*******************************************************************************
* Function Name: ADC_Initial
* Description: ADC1/ADC2初始化
* Input: None
* Output: None
* Return: None
*******************************************************************************/
void ADC_Initial(void)
{
/* ADC1 configuration ------------------------------------------------------*/
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_RegSimult;//ADC1/ADC2同時並行采樣模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//多通道掃描模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//單次轉換模式(轉換后即停止)
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2;//觸發模式
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//數據右對齊
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC1 , &ADC_InitStructure);
/* ADC1 regular channel14 configuration */
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_14, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);
/* Enable ADC1 DMA */
ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);
/* ADC2 configuration ---配置同ADC1--------------------------------------------*/
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_RegSimult;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T2_CC2;
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
ADC_Init(ADC2, &ADC_InitStructure);
/* ADC2 regular channels configuration */
ADC_RegularChannelConfig(ADC2, ADC_Channel_11, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);
/* Enable ADC2 external trigger conversion */
ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC2, ENABLE);
/* Enable ADC1 */
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
/* Enable ADC1 reset calibaration register 校准ADC1*/
ADC_ResetCalibration(ADC1);
/* Check the end of ADC1 reset calibration register */
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
/* Start ADC1 calibaration */
ADC_StartCalibration(ADC1);
/* Check the end of ADC1 calibration */
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
/* Enable ADC2 */
ADC_Cmd(ADC2, ENABLE);
/* Enable ADC2 reset calibaration register 校准ADC2*/
ADC_ResetCalibration(ADC2);
/* Check the end of ADC2 reset calibration register */
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC2));
/* Start ADC2 calibaration */
ADC_StartCalibration(ADC2);
/* Check the end of ADC2 calibration */
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC2));
/* Test on channel1 transfer complete flag */
//while(!DMA_GetFlagStatus(DMA_FLAG_TC1));
/* Clear channel1 transfer complete flag */
//DMA_ClearFlag(DMA_FLAG_TC1);
ADC_ExternalTrigConvCmd( ADC1, ENABLE);
}
/*******************************************************************************
* Function Name: ADC_Sample_Frequency_Set
* Description: 根據輸入的頻率設置，TIM2_CC2產生相應的頻率
*用來控制ADC的采樣，Frequency=1000000/(Prescaler+1)來產生
*因此有些頻率計算不准確，一般頻率為2或5的倍數才准確
*頻率范圍為16Hz~1000,000Hz
* Input: u16 Frequency:輸入所需要的采樣頻率
*
* Output: None
* Return: None
*******************************************************************************/
void ADC_Sample_Frequency_Set(u32 Frequency)
{
TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);//先停止TIM2時鍾，以准備下面的設置
/* -----------------------------------------------------------------------
TIM2 配置: 產生TIM2_CC2時鍾控制信號用於控制ADC采樣
TIM2CLK = 72 MHz
TIM2 ARR Register = 35 => TIM3 Frequency = (TIM3 counter clock/(ARR + 1))/2
TIM2 Frequency = 1000 KHz.
----------------------------------------------------------------------- */
/* Time base configuration */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 35; //APR寄存器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1000000/Frequency-1; //預分頻值，用來調整頻率，分頻系數=1000khz/(prescaler+1)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
/* TIM_OCMode_Toggle Mode configuration: Channel2 */
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_Toggle;
TIM_OCInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 35;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;
TIM_OCInit(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
//TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
/*---------------------------------------*/
//TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
/* TIM2 enable counter */
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
最后為大家分享些資料以便於后期的學習參考
（ ADC讀取光照傳感器）
http://www.makeru.com.cn/live/1392_1004.html?s=45051
（stm32串口應用）
http://www.makeru.com.cn/live/1392_1164.html?s=45051
PWM脈寬調制技術
http://www.makeru.com.cn/live/4034_2146.html?s=45051
基於STM32講解串口操作
http://www.makeru.com.cn/live/1758_490.html?s=45051
通過Z-stack協議棧實現串口透傳
http://www.makeru.com.cn/live/1758_330.html?s=45051
（stm32直流電機驅動）
http://www.makeru.com.cn/live/1392_1218.html?s=45051