STM32单片机开发入门(四) 示波器的介绍及使用方法

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一.概要

示波器主要用于观察电信号的波形变化。在显示屏上，工程师可以直接看到电信号的全过程，从而进行定性和定量的分析。这种仪器通常用于显示电压或电流的波形，并可以测量其周期、幅度、频率和相位等参数。当用于测量脉冲信号时，示波器的响应速度特别快，波形清晰可见，我们日常在调试各种总线通讯，捕捉电平信号时都会用到。在STM32开发学习中，会经常用到探头补偿校准，电压测量，波形测量分析，串口通讯波形测量解析，触发捕捉瞬时信号等，后面我们一一进行讲解。
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二.探头补偿校准

我们常用的示波器探头是无源探头，探头上一般有x1和x10档如下图，具有非常广泛的使用度，在x1档位下，信号是没有经过衰减直接进入示波器的。这意味着示波器将直接显示被测信号的原始幅度和波形，x1情况下不需要补偿，一般正常使用情况下拨到x1档就可以了。当探头切换到带衰减的x10档位时，信号会经过衰减10倍后再进入示波器。因此，在测量时需要将示波器上的读数也扩大10倍才能得到真实的电压值。这种衰减处理可以提高信号的稳定性和抗干扰能力，尤其适用于测量较大或微弱的信号，由于会存在输入阻抗不匹配，导致衰减系数也不匹配，最终会造成测量结果偏差很大。所以，在使用我们x10档下需要进行探头补偿（probe comp）操作。
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x10档下补偿校准：
1.将探头的接地鳄鱼夹连接至示波器的接地端。
2.使用探头连接示波器的通道1（CH1）输入端和示波器的“信号输出端”。
3.将探头拨至x10档，然后按“AUTO”键。

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4.若显示波形如下图所示，存在补偿过度或补偿不足的情况，则使用探头附件中提供的探头补偿调节棒来调整探头上的电容补偿调节孔里的螺丝，直到显示的补偿正确波形，说明补偿校准完成。
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三.电压测量

测量步骤：示波器表棒打在x1档，并装在CH1通道，表棒的夹子接在STM32小系统板的G插针(GND)，示波器探头与STM32小系统板3.3V插针接触，再按示波器上的“AUTO”键，可以看到示波器上出现一根横线，再旋转垂直刻度按钮，使每小格刻度为1V，根据方格的刻度，可以估算读出电压值，也可以直接读出显示屏右上角的数字值3.36V,这样电压测量就完成了。
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四.波形的测量与分析

测量步骤：示波器表棒打在x1档，并装在CH1通道，表棒的夹子接在STM32小系统板的G插针(GND)，示波器探头与STM32小系统板PA8引脚插针接触(板子已经烧录程序，PA8引脚会产生1Khz,50%占空比的PWM波)，再按示波器上的“AUTO”键，可以看到示波器上出现不断刷新变化的方波，再按示波器右上角的STOP按钮，按钮颜色就会变成红色，波形就会固定显示，如下图所示。
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波形分析：原始采集的波形不大好看出频率跟占空比，所以得如下图操作，旋转横向刻度调节，使横向刻度为500us，那1Khz的方波，周期为1ms宽度，一个周期刚好占两个刻度，波形占空比为50%，一个脉冲是500us宽度，一个脉冲刚好占一个刻度，观测到的波形跟STM32小系统板的发出的波形吻合。
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五.串口通讯波形测量解析

串口通信（Serial Communications）是串口按位（bit）发送和接收字节的通信方式，它是嵌入式物联网领域中常用的通讯方式。
每1/9600秒（0.1ms）产生一个电平，10个电平组成一个有效数据帧，这样的组合格式就叫做帧格式。
数据帧从左往右总是以低电平开始，高电平结束，在高低电平之间的为n个二进制数据。其中n代表二进制的数量，数量不同所表示的帧格式也不同，在下图中的就是8位二进制的数据位。
二进制数据位，高电平表示1，低电平表示0，如下图表示：01000001，转换为十六进制为0x41,十进制就是65，对应ASCII表中的字母A。
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测量步骤：示波器表棒打在x1档，并装在CH1通道，表棒的夹子接在USB转TTL模块的GND插针，表棒的探头接在USB转TTL模块TX插针，USB转TTL模块用短路帽接起来，这样电脑上就能看到数据发送接收的内容，软件配置成9600波特率，8位数据，1位停止位，无校验。用串口调试器软件发送0x12数据，串口调试器软件也能接收到0x12。再按示波器上的“AUTO”键，可以看到示波器上出现不断刷新变化的方波，再按示波器右上角的“RUN/STOP”键，按钮颜色就会变成红色，波形就会固定显示，如下图所示。
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电脑发送接收的窗口如下图显示：
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波形分析：原始的波形比较小，很难分析，需要旋转横向刻度调节，放大波形，使横向刻度为100us，9600波特率，每秒钟9600个bit,那1bit数据的时间大约是100us。

波形内容分析：数据是低位在前，高位在后，二进制就是00010010。转换成十六进制就是0x12,分析的波形数据内容跟电脑接收发送的数据匹配。
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六.触发捕捉瞬时信号

还是接着刚才的实验，把串口发送的周期改到100ms，在示波器上看到的波形就是一闪而过，时间非常快，往往去按示波器停止键的时候，波形就消失了，就需要用到触发捕捉方式。
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测量步骤：
步骤1：示波器表棒打在x1档，并装在CH1通道，表棒的夹子接在USB转TTL模块的GND插针，表棒的探头与USB转TTL模块TX插针相连，USB转TTL模块TXRX针脚用短路帽接起来，这样电脑上就能看到数据发送和数据接收的内容，软件配置成9600波特率，8位数据，1位停止位，无校验。用串口调试器自动发送方式，发送周期100ms。