梁山派示波器拓展版

电路部分

负压电路部分

采用SGM3204YN6G/TR电荷泵将+5V的电压，转换为-5V电压用于给运放供电

 

基准电压电路

基准电压在电路中提供一个稳定的参考电压，这里选择了2.5V的电压基准给运放平移电路进行平移，还给ADC提供了参考基准，需要注意的是CJ431基准芯片的Ika默认一般为10mA工作效果较为稳定,故限流电阻选择为470Ω。

 

 

按键电路

示波器模块使用了两种按键，正面三个独立按键，背面两个拨码按键，拨轮按键有三种触发状态分别为上拨，按下，下拨。拨轮接线需要参考器件手册进行设计。

 

 

屏幕电路

这里使用了一块2.4寸SPI屏幕，屏幕大小（42.7260.26mm）和梁山派尺寸（4570mm）非常的搭配，并且SPI的屏幕驱动简单，引出的IO也能有效的和模拟电路进行分离。

模拟输出电路

分压电路

软件部分

串口usart

typec口连接了USART0，串口用于调试打印信息

串口部分代码概述：

• 初始化配置：usart_gpio_config 函数负责使能串口相关时钟，配置GPIO引脚的复用功能、模式及输出选项，同时设置串口的波特率、校验位、数据位、停止位等参数，并使能串口及发送功能。
• 数据发送：usart_send_data 函数用于向串口发送单个字节数据，usart_send_string 函数则用于发送字符串，二者都基于底层的串口发送操作并进行相应等待处理。
• 标准库重定向：fputc 函数重定向标准库的 fputc，让 printf 能通过串口输出数据 。

按键

三个普通按键分别用于直流交流偶合切换，开始暂停切换，FFT开关，两个拨码开关用于调节某些参数或者功能的增减。

按键的使用：

按键检测

按键放在定时器中断中进行检测，即可以及时检测到按键的触发。这了为了保证定时器的利用率，直接在屏幕刷新的50mS周期内进行查询的处理。

按键部分代码概述：

main函数

主函数部分代码概述：

1. 整体结构

代码包含一个无限循环 while(1)，在循环内部进行各种数据处理和按键检测操作。

2. 定时器与数据更新

• 定时器循环固定数据刷屏：通过 while(Lcd_Show_Over); 等待 LCD 显示完成。
• 数据更新标志：当 show_updata 为真时，开始一帧数据的处理，设置 Show_Star 标志，并等待帧处理完成 while(Show_Star);。

3. ADC 数据采集与处理

• 采集完成检测：当 adc_power 为真时，等待 ADC DMA 采集完成 while(!adc_dma_ok);，然后重置 adc_dma_ok。
• 数据缓冲处理：根据 adc_dma_AB 的值配置指针，将 ADC 数据存储到缓冲区 adc_buff 中。
• FFT 运算：将 ADC 缓冲区数据转换为 FFT 输入信号，进行 FFT 计算（基 4），并将运算结果复数求模得幅值。
• FFT 数据处理：测算最大 FFT 点，自动评估 FFT 缩放等级，并对 FFT 输出数据进行缩放和裁剪处理，存储到 Show_LinB 数组中。
• FFT 频率估测：根据 ADC 采样速度和最大 FFT 点计算 FFT 频率 fft_fps。

4. 设定值判定与触发检测

• 触发检测：根据 wav_trigger 的值，检测 ADC 数据的上升沿或下降沿触发，计算触发位置 Trigger_number。
• 无触发情况处理：如果没有触发，确定 ADC 数据的最大/小值，并计算触发位置。

5. 数据缓存与显示

• 数据缓存缩放裁剪导入：将 ADC 缓冲区数据进行缩放和裁剪处理，存储到 Show_LinA 数组中。
• 显示数据：根据 Show_AB 的值，调用 Lcd_Show_Wav 函数显示波形数据。

6. 按键配置与处理

代码对多个按键进行检测和处理，根据按键状态执行不同的操作，如设置按键功能、调整参数等。具体按键功能包括：

• 按键 0：切换 ACDC 模式。
• 按键 1：开始/暂停操作。
• 按键 2：切换 FFT 模式。
• 拨轮 A 和拨轮 B：通过不同的操作调整参数，如增加或减少数值。

7. 数据更新与显示

• 更新显示：在数据处理完成后，设置 show_updata = 1，触发下一次数据更新。
• 按键处理：在 adc_power 为假时，根据按键状态调整触发位置 Trigger_number，并更新显示数据。

SPI

SPI部分代码概述：

1. SPI2 初始化函数 Spi2_Init(void)

• 时钟使能：使能 GPIOC 和 SPI2 的时钟，为后续配置 GPIO 和 SPI2 做准备。
• GPIO 配置：将 GPIOC 的引脚 10、11、12 配置为复用功能（AF6），模式为复用推挽输出，速度为 50MHz。
• SPI2 参数配置：
  • 传输模式设置为全双工 SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX。
  • 设备模式设置为主机 SPI_MASTER。
  • 数据帧大小为 8 位 SPI_FRAMESIZE_8BIT。
  • 时钟极性和相位设置为 SPI_CK_PL_HIGH_PH_2EDGE。
  • NSS 管理设置为软件模式 SPI_NSS_SOFT。
  • 预分频器设置为 SPI_PSC_2。
  • 数据传输顺序设置为高位在前 SPI_ENDIAN_MSB。
• 使能 SPI2：完成配置后，使能 SPI2 外设，并开启 SPI2 的 DMA 发送功能。

2. SPI2 数据读写函数

• Spi2_ReadWriteByte(uint8_t dat)：用于向 SPI2 发送一个字节数据并同时接收一个字节数据。通过等待发送缓冲区为空标志 SPI_FLAG_TBE 发送数据，等待接收缓冲区非空标志 SPI_FLAG_RBNE 接收数据。
• Spi2_Read(void)：用于从 SPI2 接收一个字节数据。通过等待接收缓冲区非空标志 SPI_FLAG_RBNE 来获取接收到的数据。
• Spi2_Write(uint8_t dat)：用于向 SPI2 发送一个字节数据。通过等待发送缓冲区为空标志 SPI_FLAG_TBE 来发送数据。

3. SPI2 DMA 初始化函数 Spi2_Dma_Init(void)

• 时钟使能：使能 DMA0 的时钟。
• DMA 通道配置：
  • 初始化 DMA0 通道 5，方向设置为内存到外设 DMA_MEMORY_TO_PERIPH。
  • 内存地址初始化为 0，内存地址自增使能 DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE。
  • 外设和内存宽度设置为 8 位 DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT。
  • 传输数据数量设置为 38400。
  • 外设地址设置为 SPI2 的数据寄存器地址 (uint32_t)&SPI_DATA(SPI2)，外设地址自增禁止 DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE。
  • 优先级设置为超高 DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH。
• DMA 模式配置：
  • 禁止循环模式 dma_circulation_disable(DMA0, DMA_CH5)。
  • 选择 DMA 子外设 dma_channel_subperipheral_select(DMA0, DMA_CH5, DMA_SUBPERI0)。
• 中断配置：使能 DMA0 通道 5 的传输完成中断，并配置 NVIC 中断使能。

LCD

LCD屏幕根据商家提供的代码移植，但要注意屏幕的是什么驱动的，为ILI9341还是ST7789，需自行对照代码

ADC

ADC部分代码概述：

1. adc_config 函数

该函数用于配置ADC、DMA（直接内存访问）、定时器以及相关GPIO（通用输入输出）。具体步骤如下：

• 时钟使能：
  • 使能GPIOA、ADC0、TIMER1和DMA1的时钟。
  • 配置定时器时钟预分频器。
• GPIO配置：将GPIOA的引脚1配置为模拟输入模式。
• 定时器配置：
  • 初始化TIMER1的基本参数，包括预分频器、计数模式、周期等。
  • 配置TIMER1的通道2为PWM模式1，并设置输出极性、使能输出、配置脉冲值等参数，最后使能TIMER1。
• DMA配置：
  • 初始化DMA1的通道0，配置外设地址、内存地址、数据宽度、传输方向、传输数量和优先级等参数。
  • 选择DMA通道的子外设，使能DMA循环模式和通道，并配置中断使能和NVIC（嵌套向量中断控制器）。
• ADC配置：
  • 配置ADC时钟分频。
  • 设置ADC规则通道长度、通道配置、外部触发、数据对齐、分辨率等参数。
  • 使能ADC的DMA请求和DMA模式，最后使能ADC并进行校准。

2. adc_setio_init 函数

该函数用于初始化与ADC采样相关的IO口。具体操作如下：

• 使能GPIOF和GPIOB的时钟。
• 分别配置GPIOF的引脚10和GPIOB的引脚5、7、8为推挽输出模式，设置上拉电阻和输出速度，并初始化为高电平（之后对GPIOB引脚进行了清零操作）。

3. alternating_direct_set 函数

该函数根据传入的参数 gather 的值来设置交流或直流模式。如果 gather 等于 alternating（推测为一个预定义的常量），则将GPIOF的引脚10清零，表示交流模式；否则将该引脚置位，表示直流模式。

4. gather_rate_set 函数

该函数根据传入的参数 rate 的值来设置采样倍率。通过检查 rate 的低三位（分别对应0x01、0x02、0x04），来决定是否将GPIOB的引脚8、7、5置位或清零，从而实现不同采样倍率的设置。

5. adc_speed_set 函数

该函数根据传入的参数 speed 来设置ADC的采样速度。通过修改TIMER1的预分频器值 TIMER_PSC(TIMER1)，来调整采样速度。

6. adc_power_set 函数

该函数根据传入的参数 onoff 的值来控制ADC采样的开始和停止。如果 onoff 为真，则使能TIMER1，开始采样；否则禁用TIMER1，停止采样。

DAC

DAC部分代码概述：

1. 全局变量

定义了一个全局数组 convertarr，用于存储DAC转换的数据。

2. dac_config 函数

该函数用于配置DAC、DMA（直接内存访问）和定时器相关的硬件资源，具体步骤如下：

• GPIO配置：使能GPIOA时钟，并将GPIOA的引脚5配置为模拟输入模式，用于连接DAC输出。
• DAC配置：
  • 使能DAC时钟，对DAC进行复位。
  • 配置DAC的触发源为TIMER6的触发输出，使能触发、禁用波形模式、使能输出缓冲。
  • 使能DAC和DAC的DMA功能。
• DMA配置：
  • 使能DMA0时钟，选择DMA0通道6的子外设。
  • 配置DMA通道的参数，包括外设地址、内存地址、传输方向、传输数量、外设和内存地址自增模式、数据宽度、优先级和循环模式等。
  • 初始化DMA通道并使能。
• 定时器配置：
  • 使能TIMER6时钟，配置定时器的预分频器、自动重装载值、主输出触发源，并使能定时器。

3. Dac_Time_Hz 函数

该函数根据传入的频率值 hz 来配置TIMER6的预分频器和自动重装载值，以实现不同频率的DAC输出。根据频率范围不同，采用不同的预分频器设置：

• 如果 hz 大于 max_wav_fps，则将 hz 限制为 max_wav_fps。
• 当 hz 大于1000时，设置TIMER6的预分频器为0，自动重装载值根据频率计算。
• 当 hz 大于10且小于等于1000时，设置预分频器为9，自动重装载值相应计算。
• 当 hz 小于等于10时，设置预分频器为49，自动重装载值再次相应计算。

4. Dac_Show_Wav 函数

该函数用于设置DAC输出的波形。根据传入的波形编号 number，将对应的波形数据（存储在 wav_data 数组中）复制到 convertarr 数组中。如果 number 超出范围，则将其限制为最大波形编号减1。

1.DSP库的移植

   详情可以参考GD官网的DSP库移植文档，也可以参考STM32F4的DSP库移植，因为它们都是使用的arm公司内核的DSP库。本文档教程仅供参考不同keil版本和库略有差异。

1.1 添加RAM官方DSP库文件到工程

1.2 打开工程添加编译宏和库文件

USE_HAL_DRIVER,GD32F450xx,ARM_MATH_CM4,__CC_ARM,ARM_MATH_MATRIX_CHECK,ARM_MATH_ROUNDING

1.3 在代码里面使用FFT

#include "arm_math.h"  

//FFT变量
#define FFT_LENGTH      1024        //FFT长度，默认是1024点FFT
float fft_inputbuf[FFT_LENGTH*2];   //FFT输入数组
float fft_outputbuf[FFT_LENGTH];    //FFT输出数组
arm_cfft_radix4_instance_f32 scfft;

    ////FFT初始化一次 scfft结构体
    arm_cfft_radix4_init_f32(&scfft,FFT_LENGTH,0,1);

    //FFT运算
    for(i=0;i>4);
            if(Show_LinA[i] > 227) Show_LinA[i]=227-8;
            else if(Show_LinA[i] < 27) Show_LinA[i]=27-8;
            else Show_LinA[i]=Show_LinA[i]-8;
        }
        
        //FFT运算 <1ms
        for(i=0;i max_fft) max_fft = fft_outputbuf[i];
        }
        //自动评估FFT缩放等级
        fft_n = max_fft/150 + 1; //只显示150个刻度
        for(i=0;i<320;i++)
        {
            Show_LinB[i]=(fft_outputbuf[i]/fft_n +27);
            if(Show_LinB[i] > 227) Show_LinB[i]=227-8;
            else if(Show_LinB[i] < 27) Show_LinB[i]=27-8;
            else Show_LinB[i]=Show_LinB[i]-8;
        }
        
        
        //显示数据
        if(Show_AB)  Lcd_Show_LinA(Show_GramA);
        else Lcd_Show_LinA(Show_GramB);
        
        
        //delay_1ms(200);
    }
}