基于STM32/FPGA虚拟示波器「第二届立创商城电子制作节一等奖」

一、作品简介

1.作品外观

加了一个亚克力外壳，简单的装着；

2.设计背景

电子初学者，学生，以及很多电子爱好者而言，示波器是常用工具，但是却相当昂贵，好的上万，一般的也要几千，这让很多电子爱好者望而却步，尤其是学生。基于此就有了做数字虚拟示波器的想法！虚拟示波器硬件少，主要通过电脑端计算显示波形，省去大部分成本。

3.作品亮点

（1）发挥了单片机的多功能，USB即可插上电脑使用，

（2）切换模式使用蓝牙串口连接手机，可以移动着使用，手机显示器可以拿来拿去

（3）在参数范围内的使用还是足够的，毕竟直观性的看到一些信号，价格不贵，还是很好的

二、系统构架图

下图为虚拟示波器/信号发生器的硬件框图。系统主控制器为STM32单片机，FPGA主要做高速数据采集。

图中上半部分为虚拟示波器功能，待测信号首先经过放大衰减电路和电位平移电路处理，使得信号在AD采集范围之内。

FPGA内部开辟一块FIFO用于缓存高速AD采集到的数据，然后再根据触发条件将需要的数据发送给STM32单片机，单片机再将数据通过USB上传给电脑或者通过蓝牙发送给手机，最后电脑或者手机将收到的数据绘制成波形显示出来，实现示波器功能。

图中下半部分为信号发生器功能。首先在电脑或者手机上选择要产生的波形，然后将波形发送到STM32单片机，然后单片机再将数据写入FPGA数据ROM表中。最后FPGA按照一定的频率把数据表中的数据发送给告诉DA，由DA产生模拟信号，信号再经过低通滤波器和放大/衰减后输出，就产生了我们需要的波形。

上位机将收到的波形数据做FFT变换，生成波形频谱，然后绘制变换后的图像，因此就多了一个频谱仪功能。

将信号源于示波器同时接入电路中，上位机再控制信号源产生频率可变的扫频信号，同时用示波器测量电路输出对应的幅度变化，绘制成幅频曲线，因此就多了一个扫频仪功能。

三、硬件部分的描述

1.原理图

原理图是AD画的。

PCB图

大家可以下载来玩哦。PCB是PDS9.5画的。

2.原理介绍

首先经过放大衰减电路和电位平移电路对输入信号处理，使得信号在AD采集范围之内。FPGA内部开辟一块FIFO用于缓存高速AD采集到的数据，然后再根据触发条件将需要的数据发送给STM32单片机，单片机再将数据通过USB上传给电脑或者通过蓝牙发送给手机，最后电脑或者手机将收到的数据绘制成波形显示出来，实现示波器功能。

四、材料清单（BOM列表）

来自立创商城的元器件：

主要芯片模块功能封装链接

STM32F103C8T6

EP1C3T100LQFP100

EPCS1

AD转换器ADS830E

运放OPA2356

HC05模块蓝牙模块

其他元件（阻容）BOM详见原帖。

五、软件部分的描述

上位机软件采用VB编写，示波器通过USB连接电脑。

示波器界面：

信号源界面：

频谱仪界面：

扫评议界面：

安卓版 APP 示波器可以通过蓝牙连接手机，用手机测量信号，外出测量妥妥的。

六、总结

1、主要涉及USB 电脑和单片机，单片机和FPGA，以及前端的模拟部分的运放；

2、FPGA有些不良品，怀疑是静电导致某些引脚坏了；

3、总体来说是焊接问题，调试的时候基本就是这些；有的电脑由于是精简系统，所以驱动装不成功。WIN10默认自动驱动很厉害。

本作品为第二届立创商城电子制作节一等奖作品，作者立创社区ID：西城岛V3；转载请注明出处，未经允许不得用作商业用途。