STM32 — осциллограф (Arduino IDE)

На рисунке показана схема простого осциллографа (пробник) основанного на микроконтроллере STM32F103C. Осциллограф имеет минимальный набор внешних компонентов, прост в сборке. Максимальное входное напряжение (только положительной полярности) 6,6 В и может быть увеличено применением внешнего делителя напряжения. Так АЦП STM32F103C 12 бит, это позволило сделать программный умножитель входного сигнала, без существенный потери качества осциллограммы.

При измерении напряжения более 3,3 В, включается делитель напряжения (вручную или автоматически). Управление осциллографом осуществляется при помощи 4-х кнопок. На экран выводятся показания амплитуды входного сигнала, множитель сигнала, длительность одного деления сетки и курсор синхронизации.

1 кГц

Кнопками UP и WOWN можно поменять длительность развертки, множитель входного сигнала и уровень синхронизации. Режимы настроек меняются кнопкой SET.

При нажатии на кнопку HOLD включается режим остановки осциллограммы, кнопками UP и WOWN можно перемещать по горизонтали осциллограмму. Нажимая на кнопку SET поочередно активируются курсоры измерения напряжения и длительности.

Тест полосы пропускания

#include "SPI.h"
#include <EEPROM.h>
#include <Adafruit_GFX_AS.h>   // http://rcl-radio.ru/wp-content/uploads/2020/06/Adafruit_GFX.zip
#include <Adafruit_ILI9341_STM.h>
#include <STM32ADC.h>
#include <HardwareTimer.h> 
 STM32ADC myADC(ADC1);
 uint8 pin = PA0;
 volatile static bool dma1_ch1_Active;
 #define maxSamples 1000
 uint16_t buffer[maxSamples]; 
 uint16 dataPoints[maxSamples]; 
 
#define TFT_CS         PB1                 
#define TFT_DC         PB10            
#define TFT_RST        PB11
  Adafruit_ILI9341_STM tft = Adafruit_ILI9341_STM(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST); // Mosi - PA7, SCK - PA5
 
byte data[1000],data_old[1000];
int setting,hold_set,i,x,y,i2,u_max,u_min,minn,u_sinh,mn=2,raz,per,razv,sinhro;
int u1,u2,t1,t2,zap,ux=1,uxx=1,fun;
long h0,h1;
long times,times1,hhh,times2,times3,tim;
byte hold,www,w=1,w1=1,w2=1,w3=1,w4=1,link,w5=1,b1=1,b2=1;
String raz_x;
float k1,k2,del=1;
 
int data1[1000];
 
 
void setup() {
 Serial.begin(115200);
 EEPROM.init(0x801F000,0x801F800,0x400);// 1024 byte
 pinMode(PA0, INPUT_ANALOG);
 pinMode(PB12,INPUT_PULLUP);// HOLD
 pinMode(PB13,INPUT_PULLUP);//+
 pinMode(PB14,INPUT_PULLUP);//-
 pinMode(PB15,INPUT_PULLUP);// SET
 tft.begin();tft.setRotation(1);
 tft.fillScreen(ILI9341_BLACK); 
 razv=EEPROM.read(0);
 sinhro=EEPROM.read(1);
 
 
ADC1->regs->CR1 = 0; // Обнулить регистр управления
ADC1->regs->SQR1 = 0; // Обнулить регистр SQR1
ADC1->regs->CR2 |= ADC_CR2_CAL; // Пуск калибровки
while (!(ADC1->regs->CR2 & ADC_CR2_CAL)){}; 
 
}
 
void loop() {
 
if(digitalRead(PB15)==LOW&&hold==0){w=1;w1=1;b1=1;b2=0;setting++;if(setting>2){setting=0;}delay(300);}
if(digitalRead(PB15)==LOW&&hold==1){w=1;w2=1;w4=1;hold_set++;if(hold_set>4){hold_set=0;}delay(300); }
 
//////  TFT  //////////////////////////////////////////
  tft.setCursor(295, 0);
  tft.setTextColor(ILI9341_WHITE);  tft.setTextSize(1);
  //////////////////// HOLD ON OFF ///////////////////////////////////////////
 if(digitalRead(PB12)==LOW&&hold==0){hold=1;w2=1;w4=1;link=1;setting=0;delay(300);}  
 if(digitalRead(PB12)==LOW&&hold==1){hold=0;www=1;b2=0;hold_set=0;delay(300);}
 
 if(link==1){link=0;tft.fillRect(170,0,100,30,ILI9341_BLACK);}
 if(hold==0){tft.setCursor(170, 0);tft.print("OSCILLOSCOPE");tft.setCursor(170, 10);tft.print("VERSION 0.1");tft.setCursor(170, 20);tft.print("RCL-RADIO.RU");}
 
razmer();
 if(hold==0){
 if(setting==0){
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold==0){razv++;if(razv>12){razv=12;}EEPROM.update(0,razv);delay(300);b2=1;w3=1;w=1;w1=1;u1=0;u2=0;t1=0;t2=0;}
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold==0){razv--;if(razv<0){razv=0;}EEPROM.update(0,razv);delay(300);b2=1;w3=1;w=1;w1=1;w5=1;}
  razmer();
  if(b2<5){b2++;tft.fillRect(80,0,65,8,ILI9341_RED);tft.setCursor(90, 0);tft.print((float)times3/10/mn,1);tft.print(" uS");}
  }
 
 if(setting==1){
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold==0){uxx++;if(uxx>5){uxx=5;}del=1;ux=uxx;delay(300);w=1;w1=1;u1=0;u2=0;t1=0;t2=0;}
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold==0){uxx--;ux=uxx;if(uxx<=0){del=2;uxx=0;ux=1;}delay(300);w=1;w1=1;}
  if(w1==1){w1=0; tft.fillRect(85,10,50,8,ILI9341_RED);tft.setCursor(90, 10);tft.print("U x ");if(uxx==0){tft.print(0.5,1);}else{tft.print(uxx);}}
  }
 
 if(setting==2){
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold==0){sinhro++;if(sinhro>200){sinhro=200;}EEPROM.update(1,sinhro);delay(10);w=1;w1=1;}
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold==0){sinhro--;if(sinhro<0){sinhro=0;}EEPROM.update(1,sinhro);delay(10);w=1;w1=1;}
    tft.fillRect(0, 230-sinhro+3, 3, 3, ILI9341_BLACK);tft.fillRect(0, 230-sinhro, 3, 3, 0xFFFFDD);tft.fillRect(0, 230-sinhro-3, 3, 3, ILI9341_BLACK);
 if(w1==1){w1=0;tft.fillRect(85,20,50,8,ILI9341_RED);tft.setCursor(90, 20);tft.print("SINH");}
 }
 }
 
  if(hold==0&&w==1){w=0;
  if(setting!=0){tft.fillRect(80,0,65,8,ILI9341_BLACK);tft.setCursor(90, 0);tft.print((float)times3/10/mn,1);tft.print(" uS");}
  if(setting!=1){tft.fillRect(70,10,65,8,ILI9341_BLACK);tft.setCursor(90, 10);tft.print("U x ");if(uxx==0){tft.print(0.5,1);}else{tft.print(uxx);}}
  if(setting!=2){tft.fillRect(70,20,65,8,ILI9341_BLACK);tft.setCursor(90, 20);tft.print("SINH");
  tft.fillRect(0, 230-sinhro+3, 3, 3, ILI9341_BLACK);tft.fillRect(0, 230-sinhro, 3, 3, 0x333333);tft.fillRect(0, 230-sinhro-3, 3, 3, ILI9341_BLACK);
  }}
 
 
if(uxx==0){pinMode(PA2,OUTPUT);digitalWrite(PA2,LOW);}
if(uxx>0){pinMode(PA2,INPUT);analogRead(PA2);}
 
 
//////////////// HOLD SET ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 if(hold==1){
  if(w4==1){w4=0;
  tft.fillRect(80,0,65,8,ILI9341_BLUE);tft.setCursor(90, 0);tft.print((float)times3/10/mn,1);;tft.print(" uS");tft.fillRect(70,10,65,8,ILI9341_BLACK);
  tft.fillRect(0, 230-sinhro, 3, 3, 0x000000);tft.setCursor(90, 10);tft.print("U x ");tft.fillRect(70,20,65,8,ILI9341_BLACK);if(uxx==0){tft.print(0.5,1);}else{tft.print(uxx);}}
 
  tft.setCursor(295, 0);
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold_set==0){i2+=2;if(i2>290){i2=290;}delay(50);
  tft.drawLine(0, u1+30,320, u1+30,  0x000000);
  tft.drawLine(0, 230-u2,320, 230-u2,  0x000000);
  tft.drawLine(t1,   230, t1, 30,  0x000000);
  tft.drawLine(318-t2,   230, 318-t2, 30,  0x000000);
 
  u1=0;u2=0;t1=0;t2=0;}
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold_set==0){i2-=2;if(i2<0){i2=0;}delay(50);
  tft.drawLine(0, u1+30,320, u1+30, 0x000000);
  tft.drawLine(0, 230-u2,320, 230-u2,  0x000000);
  tft.drawLine(t1,   230, t1, 30,  0x000000);
  tft.drawLine(318-t2,   230, 318-t2, 30,  0x000000);
 
  u1=0;u2=0;t1=0;t2=0;}
  if(hold==1){tft.fillRect(i2,235,4,3,ILI9341_BLACK);tft.fillRect(i2+2,235,30,3,ILI9341_GREEN);tft.fillRect(i2+32,235,4,3,ILI9341_BLACK);}
  if(hold==0){tft.fillRect(295,0,25,8,ILI9341_RED);tft.fillRect(0,235,240,3,ILI9341_BLACK);}else{tft.print("HOLD");}
 
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold==1&&hold_set==1){if(u1<199-u2){u1++;}w2=1;if(u1>200){u1=200;}delay(30);w=1;w1=1;}
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold==1&&hold_set==1){if(u1<201-u2){u1--;}w2=1;if(u1<0){u1=0;}delay(30);w=1;w1=1;}
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold==1&&hold_set==2){if(u2<199-u1){u2++;}w2=1;if(u2>200){u2=200;}delay(30);w=1;w1=1;}
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold==1&&hold_set==2){if(u2<201-u1){u2--;}w2=1;if(u2<0){u2=0;}delay(30);w=1;w1=1;}
 
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold==1&&hold_set==3){if(t1<319-t2){t1++;};w2=1;if(t1>320){t1=320;}delay(30);w=1;w1=1;}
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold==1&&hold_set==3){if(t1<321-t2){t1--;}w2=1;if(t1<0){t1=0;}delay(30);w=1;w1=1;}
  if(digitalRead(PB13)==LOW&&hold==1&&hold_set==4){if(t2<319-t1){t2++;}w2=1;if(t2>320){t2=320;}delay(30);w=1;w1=1;}
  if(digitalRead(PB14)==LOW&&hold==1&&hold_set==4){if(t2<321-t1){t2--;}w2=1;if(t2<0){t2=0;}delay(30);w=1;w1=1;}
 
 if(w2==1){w2=0;
   tft.drawLine(0, u1-1+30,320, u1-1+30,  ILI9341_BLACK);if(hold_set==1){tft.drawLine(0, u1+30,320, u1+30,  0xFFDAB9);}else{tft.drawLine(0, u1+30,320, u1+30,  0x222222);} tft.drawLine(0, u1+1+30,320, u1+1+30,  ILI9341_BLACK);
   tft.drawLine(0, 230-u2-1,320, 230-u2-1,  ILI9341_BLACK);if(hold_set==2){tft.drawLine(0, 230-u2,320, 230-u2,  0xFFDAB9);}else{tft.drawLine(0, 230-u2,320, 230-u2,  0x222222);} tft.drawLine(0, 230-u2+1,320, 230-u2+1,  ILI9341_BLACK);
   tft.drawLine(t1-1, 230, t1-1, 30,  ILI9341_BLACK);if(hold_set==3){tft.drawLine(t1,   230, t1, 30,  0xFFDAB9);}else{tft.drawLine(t1,   230, t1, 30,  0x222222);}tft.drawLine(t1+1, 230, t1+1, 30,  ILI9341_BLACK);
   tft.drawLine(318-t2-1, 230, 318-t2-1, 30,  ILI9341_BLACK);if(hold_set==4){tft.drawLine(318-t2,   230, 318-t2, 30,  0xFFDAB9);}else{{tft.drawLine(318-t2,   230, 318-t2, 30,  0x222222);}}tft.drawLine(318-t2+1, 230, 318-t2+1, 30,  ILI9341_BLACK);
 
   if(hold_set==1){tft.fillRect(150,0,55,8,ILI9341_RED);}else{tft.fillRect(150,0,55,8,ILI9341_BLACK);}
   if(hold_set==2){tft.fillRect(150,10,55,8,ILI9341_RED);}else{tft.fillRect(150,10,55,8,ILI9341_BLACK);}
   if(hold_set==3){tft.fillRect(220,0,60,8,ILI9341_RED);}else{tft.fillRect(220,0,60,8,ILI9341_BLACK);}
   if(hold_set==4){tft.fillRect(220,10,60,8,ILI9341_RED);}else{tft.fillRect(220,10,60,8,ILI9341_BLACK);}
 
 
    tft.fillRect(150,20,55,8,ILI9341_BLACK);
    tft.setCursor(150, 0);tft.print("U1 = ");tft.print((3.3-u1*0.0165)/ux*del,2);
    tft.setCursor(150, 10);tft.print("U2 = ");tft.print((abs(u2*0.0165))/ux*del,2);
    tft.setCursor(150, 20);tft.print("U  = ");tft.print(((3.3-u1*0.0165)-abs(u2*0.0165))/ux*del,2);
 
    tft.fillRect(220,20,65,8,ILI9341_BLACK);
    if(razv<6){zap=1;}else{zap=0;}
    tft.setCursor(220, 0);tft.print("T1 = ");tft.print(t1*(float)times3/1000/mn,zap);
    tft.setCursor(220, 10);tft.print("T2 = ");tft.print(((float)times3/3.125-t2*(float)times3/1000)/mn,zap);
    tft.setCursor(220, 20);tft.print("T  = ");tft.print(((((float)times3/3.125-t2*(float)times3/1000))/mn-((t1*(float)times3/1000))/mn),zap);
    tft.fillRect(280,20,30,8,ILI9341_BLACK);tft.print(" uS");
 }} 
////////// END HOLD SET ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  setka();
 
  if(hold==0){DMA();if(dma1_ch1_Active == 0){for(int x=0; x<maxSamples; x++){data[x]=map(buffer[x],0,4095/ux,0,200);}}u1=0;u2=0;t1=0;t2=0;}
  arr();
 
 if(hold==0){i2=0;for(i=1;i<1000;i++){if(data[i+5]>sinhro&&data[i+3]<sinhro){fun=i;if(fun>680){fun=0;}i=2000;}}
  for(i=0;i<1000-fun;i++){data1[i]=data[fun+i];}i=0;}
 
 while(i<320){ 
 tft.drawLine(i*mn, 230-data_old[i],i*mn+mn-1, 230-data_old[i+1], ILI9341_BLACK);
 tft.drawLine(i*mn, 230-data1[i+i2],i*mn+mn-1, 230-data1[i+1+i2],  ILI9341_RED);i++;}i=0;
 while(i<639){data_old[i]=data1[i+i2];i++;}i=0; 
 if((mn>1&&w1==1&&hold==0&&setting==0)||www==1){www=0;w=1;w1=0;tft.fillScreen(ILI9341_BLACK);}
 if(razv==2&&w5==1){w5=0;w=1;w1=0;tft.fillScreen(ILI9341_BLACK);}
}
 
void DMA(){
 
     switch(per){
       case 0: rcc_set_prescaler(RCC_PRESCALER_ADC, RCC_ADCPRE_PCLK_DIV_2); break;
       case 1: rcc_set_prescaler(RCC_PRESCALER_ADC, RCC_ADCPRE_PCLK_DIV_4); break;
       case 2: rcc_set_prescaler(RCC_PRESCALER_ADC, RCC_ADCPRE_PCLK_DIV_6); break;
       case 3: rcc_set_prescaler(RCC_PRESCALER_ADC, RCC_ADCPRE_PCLK_DIV_8); break;
      }
     switch (raz) {
      case 0: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_1_5); break;
      case 1: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_7_5); break;
      case 2: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_13_5); break;
      case 3: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_28_5); break;
      case 4: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_41_5); break;
      case 5: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_55_5); break;
      case 6: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_71_5); break;
      case 7: adc_set_sample_rate(ADC1, ADC_SMPR_239_5); break;
       } 
 
  adc_set_reg_seqlen(ADC1, 1);
  ADC1->regs->SQR3 = PIN_MAP[pin].adc_channel;      
  ADC1->regs->CR2 |= ADC_CR2_CONT;
  ADC1->regs->CR2 |= ADC_CR2_EXTSEL;   
  ADC1->regs->CR2 |= ADC_CR2_SWSTART; 
 
  dma_init(DMA1);  
  dma_attach_interrupt(DMA1, DMA_CH1, DMA1_CH1_Event);
  myADC.setDMA(buffer, maxSamples, (DMA_MINC_MODE | DMA_TRNS_CMPLT), DMA1_CH1_Event);
  dma1_ch1_Active = 1;
 
 
  times3 = micros();
  dma_enable(DMA1, DMA_CH1); 
  while (dma1_ch1_Active == 1);
  dma_disable(DMA1, DMA_CH1); 
  times3 = micros() - times3;
}
 
 
void setka(){ 
 for(y=30;y<240;y=y+50){for(x=10;x<320;x=x+5){tft.drawPixel(x, y, ILI9341_DARKGREY);}}  
 for(x=0;x<320;x=x+64){for(y=40;y<240;y=y+10){tft.drawPixel(x, y, ILI9341_DARKGREY);}}}
 
static void DMA1_CH1_Event(){dma1_ch1_Active = 0;}
 
void arr(){
   ///// U max max
 if(millis()-times>500){u_max=0;u_min=4100;w3=1;
 tft.fillRect(40,0,30,28,ILI9341_BLACK);
  for(int mmm=0;mmm<640;mmm++){u_min=min(u_min,buffer[mmm]);u_max=max(u_max,buffer[mmm]);}
 tft.setCursor(0, 0);tft.print("Vmax = ");tft.print(u_max*3.3/4095*del,2);
 tft.setCursor(0, 10);tft.print("Vmin = ");tft.print(u_min*3.3/4095*del,2);
 u_sinh = u_max-u_min;
 tft.setCursor(0, 20);tft.print("Vpp  = ");tft.print(u_sinh*3.3/4095*del,2);
 times=millis();
 if(u_max*3.3/4095>=3.3){uxx=0;ux=1;del=2;w3=1;tft.fillRect(70,10,65,8,ILI9341_BLACK);tft.setCursor(90, 10);tft.print("U x ");tft.print(0.5,1);}}
  }
 
void razmer(){
     switch(razv){
    case 0: mn=4;      per=0;raz=0;;break;  
    case 1: mn=2;      per=0;raz=0;;break; 
    case 2: mn=1;      per=0;raz=0;break; 
    case 3: mn=1;      per=0;raz=1;break;
    case 4: mn=1;      per=1;raz=1;break; 
    case 5: mn=1;      per=2;raz=1;break; 
    case 6: mn=1;      per=3;raz=1;break; 
    case 7: mn=1;      per=3;raz=2;break; 
    case 8: mn=1;      per=3;raz=3;break; 
    case 9: mn=1;      per=3;raz=4;break; 
    case 10: mn=1;     per=3;raz=5;break;
    case 11: mn=1;     per=3;raz=6;break;
    case 12: mn=1;     per=3;raz=7;break;
    }
  }

Поддержка платы STM32 в Arduino IDE — http://rcl-radio.ru/?p=68376

STM32 + TFT-дисплей SPI 320×240 (ILI9341C)

STM32 Arduino IDE