1.项目描述

     寒假在家一起练——简易示波器DIY套件(基于STM32G031最小系统)

2.项目需求

• 完成对板上音频信号的采集和波形显示，可以通过手机播放音乐或App产生音频信号的方式提供声音信号源，通过板上电路的放大、MCU中ADC的采集以后将波形显示在OLED屏幕上，可以通过板上按键的操作在两个方向（横轴 - 时间；纵轴 - 幅度）来扩展、压缩波形的显示，按键的功能可自行定义；
• 实现信号发生器的功能，能够产生2KHz以内的正弦波、三角波、方波三种常用波形，通过按键的操作能够实现频率可调、幅度可调，通过调整板上的R、C的值，可以最高生成200KHz的模拟信号；
• 能够通过Ain管脚测量外部模拟信号（0-3.3V，DC-200KHz），并能够对外部的周期性波形测量其周期和峰-峰值；
• 能够对采集到的信号进行FFT变换，并在屏幕上显示其基频及低次谐波（比如2、3、4、5次）的分量。

3.完成的功能

3.1 波形显示

      能够采集并显示其他单片机产生的波形

     采集手机放出的音乐的波形

3.2 信号输出

       按OK键打开输出波形配置菜单，在菜单中，可以选择输出波形(正弦波、三角波、方波)，增加/降低输出信号的频率（起始125Hz，上限2kHz）、幅值（起始3.3V，下限1.8V）。

4.未实现功能

     频谱显示，能够对采集到的信号进行FFT变换，并在屏幕上显示其基频及低次谐波（比如2、3、4、5次）的分量。据说涉及到快速傅里叶变换或者也可以用蝴蝶算法，精力有限，没有过多深入研究。

5.实现思路

      波形显示：ADC对模拟输入进行采样，采样由中断触发，采样结果由DMA从外设搬运至内存，将采样得到的ADC值经过解算后在屏幕上进行动态显示；通过取不同的采样点来调整采样频率，实现波形在时间轴上的扩展与压缩；

      信号输出：TIM2计数值满后产生中断，输出PWM波并通过RC低通滤波实现方波、正弦波、三角波的生成，通过调节TIM2的预分频值来产生不同的频率；通过改变PWM波的占空比来实现幅值的改变。

6.遇到的主要难题

6.1PWM波占空比值的产生

      对于正弦波，这就涉及到SPWM的知识。SPWM 波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的 PWM 波形。SPWM 是一种非常典型的 PWM 波形，它在数字电路控制中应用非常广泛，如果使用低通滤波器，可以由 SPWM 波得到其等效的连续正弦半波。

(1) 计算法：根据拟合波形的频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算 PWM 波各脉冲宽度和间隔，据此控制开关器件的通断，就可得到所需 PWM 波形；

(2) 调制法：拟合波形作调制信号，进行调制得到期望的 PWM 波；该方法一般采用等腰三角波为载波，其任一点水平宽度和高度成线性关系且左右对称。载波 (等腰三角波) 与平缓变化的调制信号波 (即要拟合的波形) 相交，在载波与信号波的交点控制器件通断，就得宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合 PWM 的要求，见图调制法得到 PWM 波。相对于计算法，其处理过程计算简单。

6.2产生的信号的频率计算

  找了好久才找到这个公式：

      Tsystick为系统时钟周期，TIM_Prescaler为TIM预分频系数，TIM_Period为计数值，N为波形单个周期点数。

7.未来的计划建议

     对信号的处理方面有很大的空白，有时间要把快速傅里叶变换和蝴蝶算法研究一下。

     该项目还有许多可以提升与扩展的地方：STM32G031的资源有限。可以更换更好的主控芯片，来提高采样率，采样点数等从而实现更高的性能。板上的OLED屏幕分辨率较低，无法显示信号细节与更多信息。可以使用分辨率更高的屏幕，或将波形信息直接发送给上位机，由上位机进行显示。板上按键过少，使用起来不方便。

源代码链接：https://pan.baidu.com/s/1thDXBMmVLbDtA5K12Zji4Q 
提取码：zjxz

HEX文件链接：https://pan.baidu.com/s/1R55WMbg3SVmu3_XgZUnQaQ 
提取码：zjxz 

制作PWM表的脚本链接：https://pan.baidu.com/s/1_zE7gxgZ9EskkbA-xw6Dlw 
提取码：zjxz 

项目资料网址：https://www.eetree.cn/project/detail/35