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[摘 要]本设计是基于stm32f4为控制核心的数字示波器设计。该设计包括前级电路处理、AD转换、波形处理、TFTLCD显示模块。前级电路处理包括程控放大衰减器、极性转换电路、过零比较器；AD的转换速率最高为500KSPS，采用实时采样方式，设计中采用模块设计方法。充分使用了Proteus 仿真工具，大大提高了设计效率，可测量输入频率范围为1HZ—50KHZ的波形，测量幅度范围为-3.3V—+3.3V，并实现波形的放大和缩小，实时显示输入信号波形，同时测量波形输入信号的频率。
[关键词]stm32f4、AD、TFTLCD、实时采样
中图分类号：TP567 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0297-01
一、系统设计方案及硬件设计
1.1系统设计方案
本方案以stm32f4为控制核心，选用运算放大器AD603作为程控放大器的芯片，利用OP07作为极性转换电路的芯片，利用按键模块来控制输入信号的显示状态，利用stm32f4本身自带的AD进行采样，显示部分采用TFLCD模块显示。
1.2系统硬件介绍
1.2.1 stm32f4介绍
ST（意法半导体）推出了以基于ARM®；Cortex?-M4为内核的STM32F4系列高性能微控制器，其采用了90纳米的NVM工艺和ART（自适应实时存储器加速，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator?）。ART技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，将Cortext-M4的性能发挥到了极致，使得STM32 F4系列可达到210DMIPS@168MHz自适应实时加速器能够完全释放Cortex-M4 内核的性能；当CPU 工作于所有允许的频率（≤168MHz）时，在闪存中运行的程序，可以达到相当于零等待周期的性能STM32F4系列微控制器集成了单周期DSP指令和FPU（floating point unit，浮点单元），提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制。
1.2.2OP07运算放大器介绍
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
1.2.3高速运算放大器AD603的特性介绍
AD603是一种具有程控增益调整功能的芯片，它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHZ带宽增益可调的及承运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/us。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11—+30dB时带宽为90MHZ，增益在+9—+41dB事具有9MHZ带宽，改变管脚间的連接电阻，可使增益处在上述范围内。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程为扩展和信号测量系统。
1.2.4TFTLCD介绍
TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。TFTLCD模块，该模块有如下特点：
1，2.4’/2.8’/3.5’/4.3’/7’5种大小的屏幕可选。
2，320×240的分辨率（3.5’分辨率为：320*480，4.3’和7’分辨率为：800*480）。
3，16位真彩显示.
4，自带触摸屏，可以用来作为控制输入。
1.3硬件总体设计
信号从探头输入，进入程控放大衰减电路进行放大或衰减，程控放大器对电压大的信号进行衰减，对电压小信号进行放大以符合AD的测量范围，经过处理后信号进入极性转换电路进行电平调整成0—3.3V电压，因为被测信号可能是交流信号，而AD只能测量正极性电信号，经调整后送入AD转换电器对信号进行采样，采样所得数据送入LCD显示。从程控放大电路出来的一路信号送给AD转换器，一路送给整形电路对输入信号进行整形即比较器，把各种信号变成矩形波，利用计数器进行频率测量。这样实现了信号频率的测量和波形的显示。按键控制可以通过不同的按键来控制波形的放大和缩小，同时也可以控制程控放大器，选择放大和衰减的倍数。
二、系统的软件设计
系统程序主要包括主程序、TFTLCD波形显示模块控制程序、AD603控制模块程序、延时子程序、按键子程序。
2.1系统软件主程序流程
程序开始后，先对TFTLCD模块显示进行初始化，然后依次对各个子程序进行初始化，然后进入while循环；当探头检测到相应的信号的时候，会在TFTLCD上显示相应的波形，然后在while循环里通过判断相应的按键是否按下，来实现相应的改变，例如：波形的放大和缩小，放大或衰减的倍数，然后再在TFTLCD上显示相应的波形；
2.2程控放大电路的软件设计
程控放大器的作用是对输入信号进行衰减或者放大调整，使输出信号电压符合AD转换器要求，达到最好的测量与观察效果，所以程控放大器电路在规定带宽范围内的增益一定要平坦，故对运算放大器的要求也比较高。本设计采用AD603，程控放大器的放大或衰减倍数是由DA控制的。通过键盘控制DA输出大小不同的电压，送到AD603的控制端，从而控制放大器的放大或衰减倍数，根据DA产生电压的大小，在TFTLCD上进行显示，以便达到程控的目的
三、结论
该设计综述了现阶段数字存储示波器技术及产品的国内外发展状况，对数字存储示波器的原理、工作方式、显示方式等的基本概念及技术发展进行了介绍。针对设计的任务和要求，确定了存储示波器波形采样和数据处理及波形重组的硬件和软件方案。对整机各部分关键电路进行相关理论分析、计算和设计。完成了样机的制作与调试，完成了数据测试及测试结果分析。现代ARM等高性能、低成本微处理器的出现，为高性能智能化电子测试仪器的设计提供了良好的平台。
参考文献
[1]潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.北京： 人民邮电出版社，1999
[2]潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术使用教程.北京：电子工业出版社，2006
[3]冯民昌主编.模拟集成电路系统.2版.北京：中国铁道出版社，1998
[关键词]stm32f4、AD、TFTLCD、实时采样
中图分类号：TP567 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0297-01
一、系统设计方案及硬件设计
1.1系统设计方案
本方案以stm32f4为控制核心，选用运算放大器AD603作为程控放大器的芯片，利用OP07作为极性转换电路的芯片，利用按键模块来控制输入信号的显示状态，利用stm32f4本身自带的AD进行采样，显示部分采用TFLCD模块显示。
1.2系统硬件介绍
1.2.1 stm32f4介绍
ST（意法半导体）推出了以基于ARM®；Cortex?-M4为内核的STM32F4系列高性能微控制器，其采用了90纳米的NVM工艺和ART（自适应实时存储器加速，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator?）。ART技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，将Cortext-M4的性能发挥到了极致，使得STM32 F4系列可达到210DMIPS@168MHz自适应实时加速器能够完全释放Cortex-M4 内核的性能；当CPU 工作于所有允许的频率（≤168MHz）时，在闪存中运行的程序，可以达到相当于零等待周期的性能STM32F4系列微控制器集成了单周期DSP指令和FPU（floating point unit，浮点单元），提升了计算能力，可以进行一些复杂的计算和控制。
1.2.2OP07运算放大器介绍
Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性（双电源供电）运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。
1.2.3高速运算放大器AD603的特性介绍
AD603是一种具有程控增益调整功能的芯片，它是美国ADI公司的专利产品，是一个低噪、90MHZ带宽增益可调的及承运放，如增益用分贝表示，则增益与控制电压成线性关系，压摆率为275V/us。管脚间的连接方式决定了可编程的增益范围，增益在-11—+30dB时带宽为90MHZ，增益在+9—+41dB事具有9MHZ带宽，改变管脚间的連接电阻，可使增益处在上述范围内。该集成电路可应用于射频自动增益放大器、视频增益控制、A/D转换量程为扩展和信号测量系统。
1.2.4TFTLCD介绍
TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器。其英文全称为：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display。TFT-LCD与无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同，它在液晶显示屏的每一个象素上都设置有一个薄膜晶体管（TFT），可有效地克服非选通时的串扰，使显示液晶屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。TFT-LCD也被叫做真彩液晶显示器。TFTLCD模块，该模块有如下特点：
1，2.4’/2.8’/3.5’/4.3’/7’5种大小的屏幕可选。
2，320×240的分辨率（3.5’分辨率为：320*480，4.3’和7’分辨率为：800*480）。
3，16位真彩显示.
4，自带触摸屏，可以用来作为控制输入。
1.3硬件总体设计
信号从探头输入，进入程控放大衰减电路进行放大或衰减，程控放大器对电压大的信号进行衰减，对电压小信号进行放大以符合AD的测量范围，经过处理后信号进入极性转换电路进行电平调整成0—3.3V电压，因为被测信号可能是交流信号，而AD只能测量正极性电信号，经调整后送入AD转换电器对信号进行采样，采样所得数据送入LCD显示。从程控放大电路出来的一路信号送给AD转换器，一路送给整形电路对输入信号进行整形即比较器，把各种信号变成矩形波，利用计数器进行频率测量。这样实现了信号频率的测量和波形的显示。按键控制可以通过不同的按键来控制波形的放大和缩小，同时也可以控制程控放大器，选择放大和衰减的倍数。
二、系统的软件设计
系统程序主要包括主程序、TFTLCD波形显示模块控制程序、AD603控制模块程序、延时子程序、按键子程序。
2.1系统软件主程序流程
程序开始后，先对TFTLCD模块显示进行初始化，然后依次对各个子程序进行初始化，然后进入while循环；当探头检测到相应的信号的时候，会在TFTLCD上显示相应的波形，然后在while循环里通过判断相应的按键是否按下，来实现相应的改变，例如：波形的放大和缩小，放大或衰减的倍数，然后再在TFTLCD上显示相应的波形；
2.2程控放大电路的软件设计
程控放大器的作用是对输入信号进行衰减或者放大调整，使输出信号电压符合AD转换器要求，达到最好的测量与观察效果，所以程控放大器电路在规定带宽范围内的增益一定要平坦，故对运算放大器的要求也比较高。本设计采用AD603，程控放大器的放大或衰减倍数是由DA控制的。通过键盘控制DA输出大小不同的电压，送到AD603的控制端，从而控制放大器的放大或衰减倍数，根据DA产生电压的大小，在TFTLCD上进行显示，以便达到程控的目的
三、结论
该设计综述了现阶段数字存储示波器技术及产品的国内外发展状况，对数字存储示波器的原理、工作方式、显示方式等的基本概念及技术发展进行了介绍。针对设计的任务和要求，确定了存储示波器波形采样和数据处理及波形重组的硬件和软件方案。对整机各部分关键电路进行相关理论分析、计算和设计。完成了样机的制作与调试，完成了数据测试及测试结果分析。现代ARM等高性能、低成本微处理器的出现，为高性能智能化电子测试仪器的设计提供了良好的平台。
参考文献
[1]潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术.北京： 人民邮电出版社，1999
[2]潘新民，王燕芳.微型计算机控制技术使用教程.北京：电子工业出版社，2006
[3]冯民昌主编.模拟集成电路系统.2版.北京：中国铁道出版社，1998