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基于STM32的数字示波器

摘要

本设计是基于STM32F103系列MCU的便携数字示波器，其主控芯片为
STM32F103RCT6，使用由主控芯片的片上ADC外设将模拟量转换为数字量，通过
DMA进行数据传输，由锂电池进行供电，1.8寸TFT屏将波形显示给使用者，并
使用按键及旋钮进行波形切换显示。本设计具有方便携带和成本低的特点，具有

实际使用价值。

关键词:STM32F103；便携示波器；TFT屏；

1.1设计背景、研究目的和意义

设计背景

数字示波器是设计、制造和维修电子设备不可或缺的工具。随着科技及市场
需求的快速发展，工程师们需要的工具，迅速准确地解决面临的测量挑战。作为

工程师的眼睛，数字示波器在迎接当前棘手的测量挑战中至关重要。

随着电子工业的持续高速发展，信息技术产品的智能化、网络化以及集成化

程度逐步提高以及半导体、5G、人工智能、新能源、航天航空及国防等行业驱动，
数字示波器具有良好的发展前景。根据《2022-2027年中国示波器行业市场发展
现状及投资前景展望报告》的数据显示，数字示波器在2020的市场规模达到
18.02亿美元，在2024年将达到21.67亿美元，2019年至2024的市场需求将按
照4.56%的年均复合增长率增长。而目前示波器的主要供应国和地区有美国、日
本、荷兰、韩国、中国等。从全球市场销量来看，三大厂商泰克、安捷伦和力科

垄断了大部分市场份额。

面对如此庞大的市场，世界以及中国本土示波器制造商一方面增强中国市场
的进军力度，另一方面也紧贴市场的需求，最大程度的满足用户的实际使用需求。
目前新的技术应用越来越多，测试要求也越来越高，谁能不断满足用户不断变化

的测试需求，谁就能赢得市场。

研究目的

在很多生产领域，数字产品离不开模拟产品的配合，各种新型应用对模拟产

品提出了新要求，同时也影响着模拟产品的发展方向。以目前市场热点5G手机
为例，实数字算法问题早已解决,电源待机时间、声音效果、背光等还不能满足
用户的需求，而这些都属于模拟技术的范畴。此外,信号传输在现代工程中是很
重要的一个技术环节，通常使用多芯电缆将模拟信号和数字信号独立多线传输。
但在信号传输中，数字信号将对模拟信号产生干扰，目前采用的解决方法是可以
设计这样一个系统：利用单片机来实现模拟信号和数字信号在单线中的混合传输。
而这其中的测试和调试就要求示波器必须能够对数字信号和模拟信号同时进行分

析和显示

研究意义

有关专家指出，在今后几年中,高速数据系统的设计和开发还将面临着一个
非常重要的发展趋势，这就是不论是开发未来的手机、计算机系统还是高速通信
系统，用户会更加倾向于同时使用一台示波器和一台频谱分析仪，来同时从不同
的角度全方位地捕获和分析系统中的信号，从而解决来源于不同角度的问题。
今后市场的发展让示波器需要面对更多的应用，因此示波器的多功能集成对于测

试供应商来说更为重要。
2.1研究内容

示波器采用的芯片为型号STM32F103RCT6，可以同时读取两个通道信号的频率和幅
值，采用1.8英寸的TFT屏将两个通道的电压波形分别显示在TFT屏上，并且可以通过
按键选择采样频率、控制屏幕的暂停、截取屏幕内容，使用旋转编码器旋钮控制波形的

宽度和高度。还具有将波形信息保存在外置SD卡的功能。此外示波器还具有简易的单通
道信号发生器功能，能够发生基本的方波，正弦波，和三角波，并且可由用户进行频率

和幅值的调整。

2.2项目特色及创新点

1、以STM32F103RCT6为示波器核心，此芯片自带3个12位ADC通道，2个基本定
时器，4个通用定时器，2个高级定时器和众多丰富接口，一颗芯片即可满足示波器的基

本功能。

2、采用1.8英寸的RGB全彩TFT屏作为波形数据显示界面，由于TFT液晶显示屏每
一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不像阴极射线管显示器

（CRT）那样需要不断刷新亮点。因此，TFT液晶屏画质高而且不会闪烁，把眼睛疲劳降

到很低。

3、采用按键和编码器旋钮作为人机交互通道，直观，方便，易于使用。

4、采用18650锂电池作为示波器供电，提高实现示波器的便携性，同时将示波器体

积进一步压缩，做到可以将示波器装进口袋，随时随地观看信号波形。

5、具有屏幕截图功能，一键保存屏幕上的信号波形到SD卡中，可以通过交互菜
单，选择需要回放、删除的波形。亦可将SD卡插到电脑上，通过电脑观察保存的信号波

形。

6、内置数学运算功能，可对波形进行基本的加、减、乘、除数学运算，还可以对波

形进行FFT变换，方便用户使用。

3.2技术路线

硬件系统设计

本系统设计以STM32F103RCT6为核心。此核心自带三路12