【安富莱二代示波器教程】第2章 示波器操作说明及其介绍
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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。（1）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。（2）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。
本帖最后由 席萌0209 于 2018-6-21 18:59 编辑
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）。
2.72048点浮点FFT计算的幅频显示 双通道示波器采样率2Msps。测试信号1：20KHz正弦波，峰峰值2V，直流偏移1V，FFT估算频率19531Hz。 测试信号2：20KHz方波，峰峰值2V，直流偏移1V，FFT估算频率19531Hz。 测试信号3：20KHz三角波，峰峰值2V，直流偏移1V，FFT估算频率19531Hz。 测试信号4：噪声，直流偏移1V。 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
2.1080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
2.12FFT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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