第2章 示波器操作说明及其介绍
本章节主要讲解示波器的操作说明及其相关介绍。
2.1 示波器使用前注意事项
2.2 示波器的按键操作说明
2.3 示波器滑动操作说明
2.4 对话框操作说明
2.5 示波器功能介绍
2.6 波形显示效果
2.8 2048点浮点FFT计算的幅频显示
2.8 水平测量和垂直测量功能
2.9 普通触发以及采集波形的浏览功能
2.10 80阶Fir低通滤波器设计
2.11 波形参考位置调节
2.12 FFT幅频显示和测量值窗口的隐藏
2.13 幅值调节
2.14 低频采样率采集高频信号的炫酷效果
2.15 总结
2.1 示波器使用前注意事项
使用示波器前要特别注意以下三个问题：
2.1.1 ADC和DAC的参考电压接到3.3V的地方
跳线帽连接如下：
2.1.2 ADC和DAC的引脚说明
双通道ADC和DAC信号发生器的引脚安排如下（下面截图的左下角或者板子的背面也有丝印注释）：
（1）PC0引脚用于波形通道1，使用ADC3采样。简易电压采集也是用的这个引脚，不过用的ADC2采样。
（2）PC3引脚用于波形通道2，使用ADC1采样。
（3）PA4引脚用于DAC信号发生器。
另外，由于没有外接示波器的模拟前端，ADC的输入电压不要超出0-3.3V的范围。DAC的输出幅值范围是0-3.3V。
2.1.3 触摸4点校准
第一次使用的话，需要按下按键K1进行四点的触摸校准，K1按键的位置如下，仅电阻屏需要触摸校准，电容屏无需校准（详情请看本教程第16章附件A）：
2.2 示波器的按键操作说明
示波器使用按键K1，K2，K3和五向摇杆。
1、K1按键用于触摸校准。
2、K2按键用于波形显示的运行和暂停。
3、K3按键用于自动触发模式和普通触发模式的切换。
4、摇杆OK键用于摇杆上下左右四个方向的功能切换：
（1）设置为AdjFreq时，摇杆的左右按键分别用于降低采样率和提高采样率。
（2）设置为AdjAmplitude时，摇杆的上下按键分别用于放大和缩小幅值单位。
（3）设置为ChangeRefPos时，摇杆的上下按键分别用于上移和下移波形。
（4）设置为ChangeCursorVA时，摇杆的上下按键分别水平测量游标a的上移和下移。
（5）设置为ChangeCursorVB时，摇杆的上下按键分别水平测量游标b的上移和下移。
（6）设置为ChangeCursorHA时，摇杆的左右按键分别垂直测量游标a的左移和右移。
（7）设置为ChangeCursorHB时，摇杆的左右按键分别垂直测量游标b的左移和右移。
（8）设置为ChangeTrigger时，摇杆的上下键用于触发电压值的调节，左右键用于浏览采集的1024*2个ADC数据。
2.3 示波器的滑动操作说明
滑动功能支持水平滑动和垂直滑动，通过Settings按钮弹出对话框的X Motion和Y Motion。
Y Motion
上电后默认是垂直滑动（选择的Y Motion），主界面波形显示区（600*480）的左半部分调节波形通道1的上下滑动，波形显示区的右半部分调节波形通道2的上下滑动。
X Motion
如果选择的X Motion，那么可以通过水平滑动浏览波形通道1采集的2K个ADC数据，推荐在暂停状态浏览。波形通道2不支持水平滑动浏览。
Settings对话框效果：
主界面显示效果（黑色区域是波形显示区）：
2.4 对话框操作说明
示波器共提供了5个对话框用于波形的设置，具体说明看本教程第11章即可。
1、Measure对话框用于测量值的动态添加，当前仅支持标红的六个：
2、ADC对话框，实现简单的电压测量，显示波形记录：
3、DAC信号发生器对话框，支持正弦波，方波和三角波的幅值，占空比以及频率设置。
4、Math对话框用于80阶Fir低通滤波的截止频率选择：
5、Settings对话框用于幅值窗口，状态窗口，频率窗口，系统信息窗口，水平和垂直测量游标的隐藏与显示，水平和垂直滑动切换以及水平和垂直测量游标的移动步数调节。
2.5 示波器功能介绍
二代示波器采用STM32F429BIT6自带的12bit ADC进行数据采集，当前二代示波器依然没有外接示波器模拟前端，全部采用F429内部资源以及软件功能实现，相比一代示波器，程序设计要更复杂些。
三款主流RTOS版本：
1、基于uCOS-III+STemWin+FatFS+ARM_DSP_Lib版本。
2、基于FreeRTOS+STemWin+FatFS+ARM_DSP_Lib版本。
3、基于RTX+emWin+RL-FlashFS+ARM_DSP_Lib版本。
F429内部资源利用以及RAM空间分配：
（1）外部32位带宽SDRAM用于emWin的动态内存和LCD显存，刷新波形的性能强劲。
（2）F429内部192KB RAM用于ADC数据存储和部分全局变量。
（3）F429内部64KB CCM RAM用于RTOS的任务栈空间，FFT计数，FIR计算等需要频繁操作的变量。
（4）F429内设使用情况如下，这些内设从开机起一直都在工作，进行大量数据的实时采集以及DAC的波形输出：
（a）ADC1，ADC2，ADC3。
（b）DAC1。
（c）TIM1的OC1和OC3，TIM6，TIM8。
（d）DMA2 Stream1， DMA2 Stream0和DMA1_Stream5
支持双通道ADC数据的实时采集
ADC1和ADC3都采用DMA方式进行数据传输，数据一直实时采集，只有改变采样率时才做暂停和重新启动处理。每个ADC分配1024*20 字节进行DMA数据传输。
支持自动触发：
采用软件方式实现，可以在范围0V-3.3V内调节触发值，可在波形刷新和波形暂停状态下浏览1024*2个ADC数据。
支持普通触发：
采用STM32F429的模拟看门狗实现上升沿实时检测，可以在范围0V-3.3V内调节触发值，触发后记录触发值前后1024个ADC数据，即1024*2个。可在波形刷新和波形暂停状态下浏览1024*2个ADC数据。
支持自动触发和普通触发下，触发位置指示：
每个ADC通道实际采集的是1024*10个数据，实际处理的是1024*2个数据，通过如下方式指示当前显示波形在是1024*2个ADC数据中的起始位置，这种方式也方便采集数据的浏览指示：
横线中间的红点用来指示普通触发时触发值在1024*2个ADC数据中的位置，这个位置是固定的。
支持30种测量值的动态添加：
当前实现平均值，最大值，最小值，峰峰值，RMS和频率估计。
支持水平游标尺度和垂直游标尺度：
水平游标尺度测量幅度，垂直游标尺度测量时间，且移动单位可调。
支持波形的运行和暂停：
暂停模式下依然支持波形的拉伸和放缩，水平测量，垂直测量和FFT幅频显示。
支持波形显示参考位置调节：
采用软件方式实现。
支持滑动浏览波形和滑动调节波形参考位置：
通过Settings对话框切换水平滑动和垂直滑动。
支持2048点浮点FFT计算的幅频显示：
自动触发模式支持FFT幅频显示，普通触发方式不支持，由于要采集2048点才可以实现一次FFT运算，限制Scale窗口显示范围2.8Msps 357ns ----- 2Ksps 500us，后面的低频采样暂不做支持。
下面通过以下10点对示波器的功能进行一个全面的介绍：
（1）采集正弦波，方波和三角波效果展示。
（2）2048点浮点FFT计算的幅频显示。
（3）水平和垂直测量功能。
（4）普通触发以及采集波形的浏览功能。
（5）80阶Fir低通滤波设计。
（6）波形参考位置调节。
（7）FFT幅频显示和测量值窗口的隐藏。
（8）幅值调节。
（9）低频采样率采集高频信号的显示效果。
（10）对话框功能介绍（在本章2.4小节已经做介绍）。
注意：测试波形全部由Agilent 33220A任意波形发生器生成。
2.6 波形显示效果
双通道示波器采样率2Msps。
（1）双通道采集同一路波形，20KHz方波，峰峰值2V，直流偏移1V。
（2）双通道采集同一路波形，20KHz正弦波，峰峰值2V，直流偏移1V。
（3）双通道采集同一路波形，20KHz三角波，峰峰值2V，直流偏移1V。
（4）双通道采集一路20KHz方波（由信号发生器提供），一路20KHz正弦波（由F429自带DAC提供）。
2.7 2048点浮点FFT计算的幅频显示
双通道示波器采样率2Msps。
（1）测试信号1：20KHz正弦波，峰峰值2V，直流偏移1V，FFT估算频率19531Hz。
（2）测试信号2：20KHz方波，峰峰值2V，直流偏移1V，FFT估算频率19531Hz。。
（3）测试信号3：20KHz三角波，峰峰值2V，直流偏移1V，FFT估算频率19531Hz。
（4）测试信号4：噪声，直流偏移1V。
（5）测试信号5：20KHz任意波，峰峰值2V，直流偏移1V，FFT估算频率19531Hz。
2.8 水平测量和垂直测量功能
双通道示波器采样率2Msps，采用水平和垂直测量功能测试正弦波和方波。
（1）测量方波，20KHz，峰峰值2V，直流偏移1V，下面是水平测量，测得峰峰值2V。
（2）测量方波，20KHz，峰峰值2V，直流偏移1V，下面是垂直测量，测得周期50ns，也就是20KHz
（3）测量正弦波，20KHz，峰峰值2V，直流偏移1V，下面是水平测量，测得峰峰值2V
（4）测量正弦波，20KHz，峰峰值2V，直流偏移1V，下面是垂直测量，测得周期50ns，也就是20KHz
2.9 普通触发以及采集波形的浏览功能
双通道示波器采样率2Msps，触发值设置为1V。测量信号5Hz方波，峰峰值2V，直流偏移1V。此功能适合记录低频触发时的数据记录。
（1）采集到的上升沿信号
（2）修改触发值
（3）测量触发信号
（4）支持2K个ADC采集数据的浏览功能，下面是左移和右移200个数据的效果
2.10 80阶Fir低通滤波设计
双通道示波器采样率2Msps，分别测量了正弦波和方波在不同的截止频率下的滤波效果。
（1）测试正弦波100KHz，峰峰值2V，直流偏移1V的原始信号。通道1和通道2采样同一路波形。
（2）测试正弦波100KHz，峰峰值2V，直流偏移1V的在100KHz截止频率下的效果。通道1被滤波，通道2还是原始波形。
（3）测试正弦波100KHz，峰峰值2V，直流偏移1V的在400KHz截止频率下的效果。通道1被滤波，通道2还是原始波形。
（4）测试方波50KHz，峰峰值2V，直流偏移1V的原始信号，通道1和通道2采样同一路波形。
（5）测试方波50KHz，峰峰值2V，直流偏移1V的在100KHz截止频率下的效果。通道1被滤波，通道2还是原始波形。
（6）测试方波50KHz，峰峰值2V，直流偏移1V的在400KHz截止频率下的效果，通道1被滤波，通道2还是原始波形。
（7）测试方波50KHz，峰峰值2V，直流偏移1V的在700KHz截止频率下的效果，通道1被滤波，通道2还是原始波形。
2.11 波形参考位置调节
双通道示波器采样率2Msps，都采样20KHz正弦波，峰峰值2V，直流偏移1V，此方法是软件方式实现并非硬件调节。因为支持垂直滑动调节，所以上移或者下移位置比较简单。
（1）通道1和通道2的波形都下移
（2）通道1下移，通道2上移
2.12 FFT幅频显示和测量值窗口的隐藏
（1）隐藏FFT幅频的显示。
（2）隐藏幅值窗口，状态窗口，频率窗口和系统信息窗口。
（3）FFT幅频显示，幅值窗口，状态窗口，频率窗口和系统信息窗口的隐藏。
2.13 幅值调节
双通道示波器采样率2Msps，都采样20KHz正弦波，峰峰值2V，直流偏移1V时的幅值调整。
（1）幅值单位10V，波形显示效果
（2）幅值单位5V，波形显示效果
（3）幅值单位2V，波形显示效果
（4）幅值单位1V，波形显示效果
（5）幅值单位500mV，波形显示效果
（6）幅值单位200mV，波形显示效果
2.14 低频采样率采集高频信号的炫酷效果
下面为大家展示几个低频采样高频信号，由于混叠而产生的炫酷效果：
2.15 总结
本章节主要讲解了示波器的使用说明及其介绍，如果大家在使用中遇到了什么问题，登录我们论坛发帖即可。
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