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低门槛DIY示波器，CH32示波器，完全兼容STM32，ADC+DMA+TIM+USB，仅需一块

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凡尘莲花1 显示全部楼层 发表于 2022-1-8 17:28:07 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
文章目次



  • 前言
  • 一、先看结果
  • 二、使用步调


    • 1 运行软件


      • 1.1 Windows用户直接运行打包好的软件
      • 1.2 安装Python情况运行源代码（入坑）
         
    • 2 选择端口
      
  • 三、源码分析


    • 1 步调总体流程图


      • 1.1 USB串口中断服务函数
      • 1.2 ADC采样过程
      • 1.3 DMA传输过程
         
    • 2 下位机源代码


      • 2.1 TIM设置函数
      • 2.2 DMA设置函数
      • 2.3 ADC设置函数
      • 2.4 USB串口中断服务函数
      • 2.5 DMA传输完成中断
      • 2.6 方波发生器及主函数
         
    • 3 上位机源代码
      
  • 四、性能测试


    • 1 再造信号发送器
    • 2 方波测试


      • 2.1 1kHz方波量结果
      • 2.2 10kHz方波量结果
      • 2.3 100kHz方波量结果
      • 2.4 400kHz方波量结果
         
    • 3 正弦波测试


      • 3.1 50Hz正弦波量结果
      • 3.2 1kHz正弦波量结果
      • 3.3 10kHz正弦波量结果
        


提示：本项目仅使用某宝制品CH32F103C8T6开发板，硬件简朴，可自行根据需要自行添加软硬件功能。
一、先看结果



阐明：A1管脚为信号输入管脚，A0输出1KHz方波信号举行校正，具有以下功能和特点：

  • A0口有3.3V 1KHz根本方波输出，用于校准。
  • A1信号输入口信号测量范围0~3.3V。
  • 32单片机最高支持1M采样率，但体系时钟为72M时最高支持857.1k采样率（跟ADC时钟分频系数有关）。符合奈奎斯特采样定律，采样精度12位。
  • 上位机采取Python开发，兼容Linux、Windows体系，通过32单片机的USB假造串口通信。
  • USB假造串口通信数据包缓存最大1200字节，故步调中限定单次采样点数为512个（一个采样点占两个字节）。
  • 具有根本测量功能：测量频率，脉宽，占空比（自己读数）。
  • 仅有自动上升沿触发功能。
  • 添加贝塞尔插值功能
  • 项目开源https://github.com/ClassmateXie/32Oscilloscopes
二、使用步调

1 运行软件

1.1 Windows用户直接运行打包好的软件

CH32示波器.exe
1.2 安装Python情况运行源代码（入坑）

进入CH32示波器.py文件所在目次，右键打开终端

输入下令行
  1. python .\CH32示波器.py
复制代码
若报错需根据提示自行安装对应的python库，比方：
  1. pip install pyqtgraph
  2. pip install numpy
  3. pip install pyserial
  4. pip install PyQt5
  5. pip install scipy
复制代码
2 选择端口

初始界面如下：

修改假造串口为对应的端口（装备管理器中检察，默认COM7），通信波特率默认1000000

三、源码分析

项目开发过程的大部分时间都在巩固根本知识，虽然项目团体难度不大，但是在开发过程中对32单片机的ADC、DMA、TIM、NVIC以及USB等功能有了更加深刻的明确，特此记录开发过程。
1 步调总体流程图

1.1 USB串口中断服务函数

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        USB接收中断                                                                                      状态机剖析数据                                                                                      重新设置TIM4和DMA                                                                                      启动TIM4和DMA                                              1.2 ADC采样过程

                                                                                                                                                                                                                           触发                                                                    请求                                                                    产生                                                                                     TIM4_CH4                                                                                      ADC采样                                                                                      DMA搬运                                                                                      DMA完成中断                                              1.3 DMA传输过程

                                                                                                                                                                                                                           搬运到                                                                    DMA传输完成中断                                                                                                                                                         ADC->DR数据寄存器                                                                                      ADC_Buf数组                                                                                      USB发送全部缓存                                                                                      清空缓存并关闭TIM4和DMA                                              2 下位机源代码

2.1 TIM设置函数

设置TIM4通道4产生PWM的频率，作为ADC规则组触发源
                                                                                                                       触发                                                                                     TIM4_CH4                                                                                      ADC采样                                              
  1. /*******************************************************************************
  2. * 函 数 名         : TIM_ReSet
  3. * 函数功能                   : TIM重启        
  4. * 输    入         : Period重装载值，Prescaler分频因子
  5. * 输    出         : 无
  6. *******************************************************************************/
  7. void TIM_ReSet(u16 Period,u16 Prescaler)
  8. {
  9.         static TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  10.         static TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
  11.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = Period-1; //设置TIM2比较的周期
  12.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = Prescaler-1;//系统主频72M，这里分频
  13.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0x0;
  14.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  15.         TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
  16.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//下面详细说明
  17.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//TIM_OutputState_Disable;
  18.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Period>>1;
  19.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;//如果是PWM1要为Low，PWM2则为High
  20.         TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
  21.         TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
  22. }
复制代码
2.2 DMA设置函数

                                                                                                                       搬运到                                                                                     ADC->DR数据寄存器                                                                                      ADC_Buf数组                                             
  1. u16 buf_len = 512; //USB发送缓存最大1200字节，buf_len必须小于600
  2. u16 ADC_Buf[512]={0};
  3. /*******************************************************************************
  4. * 函 数 名         : DMA_ReSet
  5. * 函数功能                   : DMA重启        
  6. * 输    入         : len传输数据量
  7. * 输    出         : 无
  8. *******************************************************************************/
  9. void DMA_ReSet(u16 len)
  10. {
  11.         static DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  12.         buf_len = len;
  13.         //========DMA配置=============/
  14.         DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1);
  15.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&ADC1->DR;//ADC地址
  16.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)ADC_Buf; //内存地址
  17.         DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //方向(从外设到内存)
  18.         DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = len; //传输内容的大小
  19.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址固定
  20.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存地址递增
  21.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord ; //外设数据单位
  22.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord ;    //内存数据单位
  23.         DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //DMA模式：单次传输
  24.         DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High ; //优先级：高
  25.         DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;   //禁止内存到内存的传输
  26.         DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);  //配置DMA1的1通道
  27.         DMA_Cmd(DMA1_Channel1,ENABLE);
  28. }
复制代码
2.3 ADC设置函数

                                                                                                                                                                                                                           触发                                                                    请求                                                                    产生                                                                                     TIM4_CH4                                                                                      ADC采样                                                                                      DMA搬运                                                                                      DMA完成中断                                             
  1. void ADC1_CH1_Init(void)
  2. {
  3.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //定义结构体变量        
  4.         ADC_InitTypeDef  ADC_InitStructure;
  5.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  6.           /* Configure one bit for preemption priority */
  7.           NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  8.         RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
  9.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
  10.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//使能TIM4时钟
  11.         RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
  12.         //==========端口设置====================//
  13.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;//ADC
  14.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;        //模拟输入
  15.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
  16.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  17.         //==========ADC配置====================//
  18.         ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
  19.         ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式        
  20.         ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换
  21.         ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T4_CC4;//定时器4通道4触发检测
  22.         ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐        
  23.         ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1 
  24.         ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化
  25.         
  26.         ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);//使能ADC1模块DMA
  27.         
  28.         //=========定时器配置==============//
  29. //        TIM_ReSet(100,72);//10K采样率
  30.         //========DMA配置=============/
  31.         DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
  32.         DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_TC,ENABLE);//开启DMA传输完成中断
  33. //        DMA_DeInit(DMA1_Channel1);
  34. //        DMA_ReSet(buf_len);
  35. //        DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_HT,ENABLE);
  36. //        DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_TC,ENABLE);
  37. //        DMA_ITConfig(DMA1_Channel1,DMA_IT_TE,ENABLE);
  38.         //=======NVIC配置============//
  39.         /* 配置DMA1_Channel1为中断源 */
  40.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel1_IRQn;
  41.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  42.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  43.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  44.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  45.         
  46.         ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器
  47.         ADC_ResetCalibration(ADC1);//重置指定的ADC的校准寄存器
  48.         while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)){};//获取ADC重置校准寄存器的状态
  49.         ADC_StartCalibration(ADC1);//开始指定ADC的校准状态
  50.         while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//获取指定ADC的校准程序
  51.         ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ENABLE);
  52.         ADC_RegularChannelConfig(ADC1, 1, 1, ADC_SampleTime_1Cycles5);        //ADC1,ADC通道1,序号1,1.5个周期
  53.         
  54.         TIM_InternalClockConfig(TIM4);
  55.         TIM_OC4PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);
  56.         TIM_UpdateDisableConfig(TIM4, DISABLE);
  57. }
复制代码
2.4 USB串口中断服务函数

  1. //处理从USB虚拟串口接收到的数据
  2. //databuffer:数据缓存区
  3. //Nb_bytes:接收到的字节数.
  4. void USB_To_USART_Send_Data(u8* data_buffer, u16 Nb_bytes)
  5. {
  6.         u16 i,arr,div,num;
  7.         static u8 temp,step,buf[6],cnt;
  8.         for(i=0;i<Nb_bytes;i++)
  9.         {
  10.                 temp = data_buffer[i];
  11.                 switch(step)
  12.                 {
  13.                         case 0:if(temp==0xa5)step=1;break;
  14.                         case 1:if(temp==0x5a)step=2;else if(temp==0xa5)step=1;else step=0;break;
  15.                         case 2:buf[cnt++]=temp;if(cnt>=6)step=3,cnt=0;break;
  16.                         case 3:if(temp==0xff)
  17.                                                 {
  18.                                                         arr=buf[0]*256+buf[1];
  19.                                                         div=buf[2]*256+buf[3];        
  20.                                                         num=buf[4]*256+buf[5];        
  21.                                                         DMA_ReSet(num);
  22.                                                         TIM_ReSet(arr,div);
  23.                                                         step=0;
  24.                                                 }
  25.                                                 else if(temp==0xa5)step=1;
  26.                                                 else step=0;
  27.                                                 break;
  28.                 }        
  29.         }
  30. } 
复制代码
接收数据帧格式
帧头重装载值分频因子采样点数帧尾A5 5AXX XXXX XXXX XXFF2.5 DMA传输完成中断

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  USB发送全部缓存                                                                                      清空缓存并关闭TIM4和DMA                                                                                      清晰中断标志位                                             
  1. /*******************************************************************************
  2. * 函 数 名         : DMA1_Channel1_IRQHandler
  3. * 函数功能                            : DMA通道1的中断
  4. * 输    入         : 无
  5. * 输    出         : 无
  6. *******************************************************************************/
  7. void DMA1_Channel1_IRQHandler(void)
  8. {
  9.         u16 i;
  10.         if(DMA_GetFlagStatus(DMA1_FLAG_TC1))
  11.         {
  12.                 TIM_Cmd(TIM4, DISABLE);
  13.                 DMA_Cmd(DMA1_Channel1,DISABLE);
  14.                 for(i=0;i<buf_len;i++)USB_USART_SendData((ADC_Buf[i]>>8)),USB_USART_SendData(ADC_Buf[i]&0xff);
  15.                 DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC1); //清除全部中断标志
  16.                 LED=!LED;
  17.         }
  18. }
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2.6 方波发生器及主函数

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     产生                                                                                                                                        产生                                                                                                                                        产生                                                                    改变                                                                    赋值给                                                                                                                                                         TIM2设置为1KHz                                                                                      1通道PWM方波                                                                                      A0口输出                                                                                      3通道PWM方波                                                                                      A2口输出                                                                                      定时器更新中断                                                                                      3通道占空比                                                                                      LED端口PC13                                                                                      呼吸灯结果                                             
  1. u16 LED_Breathe_Buf[1000];
  2. void Buf_Dataset(u16* buf)
  3. {
  4.         u16 temp;
  5.         for(temp=0;temp<500;temp++)buf[temp]=temp*2+100;
  6.         for(temp=0;temp<500;temp++)buf[temp+500]=999-temp*2+100;
  7. }
  9. void TIM2_Init(u16 Period,u16 Prescaler)
  10. {
  11.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
  12.         TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  13.         TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
  14.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  15.         
  16.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  17.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);//使能TIM2时钟
  18.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
  19.         
  20.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_2;
  21.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;        //复用推挽输出
  22.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
  23.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  24.         
  25.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = Period-1; //设置TIM2比较的周期
  26.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = Prescaler-1;//系统主频72M，这里分频
  27.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
  28.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
  29.         TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
  30.         
  31.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//下面详细说明
  32.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//TIM_OutputState_Disable;
  33.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = Period>>1;
  34.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;//如果是PWM1要为Low，PWM2则为High
  35.         TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
  36.         TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
  37.         
  38.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;
  39.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
  40.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
  41.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=2;
  42.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//初始化中断，设置中断的优先级
  43.         
  44.         TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);//开启定时器中断
  45.         
  46.         TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);//定时器2 通道1
  47.         TIM_OC3PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);//定时器2 通道2
  48.         
  49.         TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
  50. }
  52. int main(void)
  53. {        
  54.         Buf_Dataset(LED_Breathe_Buf);
  55.         delay_init();                           //延时函数初始化
  56.          LED_Init();                                   //LED端口初始化
  57.         USB_Init();                                         //USB虚拟串口初始化
  58.         ADC1_CH1_Init();                //ADC初始化
  59.         TIM2_Init(1200,60); //72000000/1200/60=1000Hz
  60.         while(1)
  61.         {
  62.                 LED=PAin(2);
  63.         }         
  64. }
  66. void TIM2_IRQHandler(void)
  67. {
  68.         if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET)
  69.         {
  70.                 static u16 cnt;
  71.                 TIM_SetCompare3(TIM2,LED_Breathe_Buf[cnt]);
  72.                 if(cnt++>=1000)cnt=0;
  73.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);//清除中断标志位
  74.         }
  75. }
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3 上位机源代码


  • pyqtgraph库举行科学画图，官方文档：https://www.pyqtgraph.org/
  • pyserial库举行串口通信，官方文档：https://pyserial.readthedocs.io/
  • PyQt5库计划GUI
完备代码：
  1. import pyqtgraph as pg
  2. import numpy as np
  3. import serial
  4. import time,struct
  5. import pyqtgraph.parametertree as ptree
  6. from pyqtgraph.Qt import QtCore, QtGui, QtWidgets, QT_LIB
  7. from scipy import interpolate 
  8. from PyQt5.QtWidgets import *
  10. N = 512 # 采样点数
  11. k = 3.3/4096 # 比例因子
  12. arr = 400 # 重装载值
  13. div = 72 # 分频因子
  14. Fs = 72000000/arr/div # 采样率
  15. Ts = 1/Fs # 采样周期
  16. COM = 'COM7'
  18. # GUI设计
  19. app = pg.mkQApp()
  21. #============波形显示窗口=====================#
  22. w = pg.GraphicsLayoutWidget()
  23. w.setWindowTitle("CH32示波器-By纯粹")
  24. # 坐标系控件
  25. p = w.addPlot()
  26. p.showGrid(x=True,y=True)
  27. p.setRange(xRange=[-80,80],yRange=[-1,4],padding=0)
  28. p.setLabels(left='电压 / V',bottom="t / ms",title='CH32示波器')
  29. # 时基线和触发门限
  30. inf1 = pg.InfiniteLine(movable=True, angle=90, label='时基={value:0.2f}ms', 
  31.                        labelOpts={'position':0.1, 'color': (200,200,100), 'fill': (200,200,200,50), 'movable': True})
  32. inf2 = pg.InfiniteLine(movable=True, angle=0, pen=(0, 0, 200), bounds = [-20, 20], hoverPen=(0,200,0), label='触发={value:0.2f}V', 
  33.                        labelOpts={'color': (0,200,200), 'movable': True, 'fill': (0, 0, 200, 100)})
  34. inf1.setPos([0,0])
  35. inf2.setPos([0,1])
  37. p.addItem(inf1)
  38. p.addItem(inf2)
  40. curve = p.plot(pen='y') # 曲线控件
  41. #============参数调节窗口=====================#
  42. children=[
  43.         dict(name='采样配置', title='采样配置', type='group', children=[
  44.                 dict(name='采样率', type='float', limits=[0.0001, 857.143], value=Fs/1000, units='kHz'),
  45.         dict(name='重装载值', type='int', limits=[2, 65535], value=arr),
  46.         dict(name='分频因子', type='int', limits=[1, 65536], value=div),
  47.                 dict(name='采样点数', type='int', limits=[0, 512], value=N),
  48.                 dict(name='比例系数', type='float', value=1),
  49.     ]),
  50.         dict(name='虚拟串口', type='str', value=COM),
  51.         dict(name='波特率', type='int', limits=[4800, 20000000], value=1000000),
  52.         dict(name='触发', type='float', value=inf2.getYPos(), units='V'),
  53.         dict(name='时基', type='float', value=inf1.getXPos(), units='ms'),
  54.         dict(name='曲线样式', type='pen', value=pg.mkPen()),
  55.         dict(name='贝塞尔插值', type='bool', value=True),
  56. ]
  57. params = ptree.Parameter.create(name='调整参数', type='group', children=children)
  59. def onChanged0(param, val):
  60.         global arr,div,Fs,Ts
  61.         temp = int(72000/val/arr)
  62.         if 1 < temp < 65536:
  63.                 params.child('采样配置').child('分频因子').setValue(temp)
  64.         else:
  65.                 params.child('采样配置').child('分频因子').setValue(1)
  66.                 temp = int(72000/val)
  67.                 if 2 < temp < 65536:
  68.                         params.child('采样配置').child('重装载值').setValue(temp)        
  71. def onChanged1(param, val):
  72.         global arr,div,Fs,Ts
  73.         if 72000000/val/div > 857143:
  74.                 params.child('采样配置').child('重装载值').setValue(arr)
  75.                 return
  76.         arr = val
  77.         Fs = 72000000/arr/div
  78.         Ts = 1/Fs
  79.         params.child('采样配置').child('采样率').setValue(Fs/1000)
  81. def onChanged2(param, val):
  82.         global arr,div,Fs,Ts
  83.         if 72000000/val/arr > 857143:
  84.                 params.child('采样配置').child('分频因子').setValue(div)
  85.                 return
  86.         div = val
  87.         Fs = 72000000/arr/div
  88.         Ts = 1/Fs
  89.         params.child('采样配置').child('采样率').setValue(Fs/1000)
  91. def onChanged3(param, val):
  92.         global N
  93.         N = val
  94. def onChanged4(param, val):
  95.         inf1.setPos([val,0])
  97. def onChanged5(param, val):
  98.         inf2.setPos([0,val])
  100. def onPenChanged(param, pen):
  101.     curve.setPen(pen)
  103. params.child('采样配置').child('采样率').sigValueChanged.connect(onChanged0)
  104. params.child('采样配置').child('重装载值').sigValueChanged.connect(onChanged1)
  105. params.child('采样配置').child('分频因子').sigValueChanged.connect(onChanged2)
  106. params.child('采样配置').child('采样点数').sigValueChanged.connect(onChanged3)
  108. params.child('时基').sigValueChanged.connect(onChanged4)
  109. params.child('触发').sigValueChanged.connect(onChanged5)
  110. params.child('曲线样式').sigValueChanged.connect(onPenChanged)
  112. def On_inf1Changed():
  113.         params.child('时基').setValue(inf1.getXPos())
  114. inf1.sigPositionChanged.connect(On_inf1Changed)
  116. def On_inf2Changed():
  117.         params.child('触发').setValue(inf2.getYPos())
  118. inf2.sigPositionChanged.connect(On_inf2Changed)
  120. pt = ptree.ParameterTree(showHeader=False)
  121. pt.setParameters(params)
  122. # 按钮
  123. StartBtn = QtGui.QPushButton('开始')
  124. StopBtn = QtGui.QPushButton('暂停')
  125. ContinueBtn = QtGui.QPushButton('继续')
  126. EndBtn = QtGui.QPushButton('停止')
  128. run_flag = False
  129. def On_Start():
  130.         global run_flag,ser
  131.         try:
  132.                 ser = serial.Serial(params.child('虚拟串口').value(),params.child('波特率').value())
  133.                 run_flag = True
  134.                 StartBtn.setEnabled(False)
  135.                 StopBtn.setEnabled(True)
  136.                 ContinueBtn.setEnabled(False)
  137.                 EndBtn.setEnabled(True)
  138.         except:
  139.                 QtWidgets.QMessageBox(QMessageBox.Warning, '警告', '虚拟串口打开失败').exec_()
  140.         
  142. def On_Continue():
  143.         global run_flag
  144.         run_flag = True
  145.         StartBtn.setEnabled(False)
  146.         StopBtn.setEnabled(True)
  147.         ContinueBtn.setEnabled(False)
  148.         EndBtn.setEnabled(True)
  150. def On_Stop():
  151.         global run_flag
  152.         run_flag = False
  153.         StartBtn.setEnabled(False)
  154.         StopBtn.setEnabled(False)
  155.         ContinueBtn.setEnabled(True)
  156.         EndBtn.setEnabled(False)
  158. def On_End():
  159.         global run_flag,ser
  160.         ser.close()
  161.         run_flag = False
  162.         StartBtn.setEnabled(True)
  163.         StopBtn.setEnabled(False)
  164.         ContinueBtn.setEnabled(False)
  165.         EndBtn.setEnabled(False)
  167. StartBtn.clicked.connect(On_Start)
  168. StopBtn.clicked.connect(On_Stop)
  169. ContinueBtn.clicked.connect(On_Continue)
  170. EndBtn.clicked.connect(On_End)
  172. StartBtn.setEnabled(True)
  173. StopBtn.setEnabled(False)
  174. ContinueBtn.setEnabled(False)
  175. EndBtn.setEnabled(False)
  177. #================主窗口=====================#
  178. win = QtGui.QMainWindow()
  179. win.resize(1000,600)
  180. win.setWindowTitle("CH32示波器-By纯粹")
  181. #================主窗口内添加控件=====================#
  182. cw = QtGui.QWidget()
  183. win.setCentralWidget(cw)
  185. layout = QtGui.QGridLayout()
  186. layout.addWidget(w, 1, 1, 6, 1)
  187. layout.addWidget(pt, 1, 2, 1, 2)
  188. layout.addWidget(StartBtn, 2, 2, 1, 2)
  189. layout.addWidget(StopBtn, 3, 2, 1, 2)
  190. layout.addWidget(ContinueBtn, 4, 2, 1, 2)
  191. layout.addWidget(EndBtn, 5, 2, 1, 2)
  192. cw.setLayout(layout)
  193. win.show()
  195. #================打开虚拟串口=====================#
  196. # ser = serial.Serial(params.child('虚拟串口').value(),params.child('波特率').value())
  198. #=======滑动均值滤波器======#
  199. fps_buf = np.linspace(0,0,100)
  200. fps_buf_ptr = 0
  201. def fps_mean(fps):
  202.         global fps_buf,fps_buf_ptr
  203.         fps_buf[fps_buf_ptr] = fps
  204.         fps_buf_ptr += 1
  205.         if fps_buf_ptr >= 100:
  206.                 fps_buf_ptr = 0
  207.         return np.mean(fps_buf)
  208. #==========================#
  209. #=======滑动均值滤波器======#
  210. fc_buf = np.linspace(0,0,20)
  211. fc_buf_ptr = 0
  212. def fc_mean(fc):
  213.         global fc_buf,fc_buf_ptr
  214.         fc_buf[fc_buf_ptr] = fc
  215.         fc_buf_ptr += 1
  216.         if fc_buf_ptr >= 20:
  217.                 fc_buf_ptr = 0
  218.         return np.mean(fc_buf)
  219. #==========================#
  221. fps_t0 = cnt = data0 = data1 = 0
  222. start_flag = False
  223. data_buf = np.array([]) # 数据缓存
  225. #更新数据并显示波形
  226. def display_data():
  227.         global cnt,start_flag,data0,data1,data_buf,t0,fps_t0,run_flag
  228.         if run_flag == False:
  229.                 return
  230.         if start_flag:
  231.                 buf_len = ser.in_waiting
  232.                 if buf_len == N*2:
  233.                         num = buf_len>>1
  234.                         temp = struct.unpack('>%dH'%(num),ser.read(num*2)) # 读取并解析数据
  236.                         if temp[0] > 4096: # 12位ADC数据小于4096
  237.                                 ser.read() # 数据出错,清空接收缓存
  238.                                 return
  240.                         if len(data_buf) < N:
  241.                                 data_buf = np.append(data_buf,temp)
  242.                         else:
  243.                                 data_buf = np.append(data_buf,temp)
  244.                                 data_buf = data_buf[-N:]
  246.                         output = data_buf*k*params.child('采样配置').child('比例系数').value() # 单位转换 转化为电压
  247.                         output_len = len(output)
  248.                         t = np.linspace(-500*Ts*output_len,500*Ts*output_len,output_len) # 生成初始时间轴 单位ms
  249.                         if params.child('贝塞尔插值').value():
  250.                                 t_new = np.linspace(-500*Ts*output_len,500*Ts*output_len,output_len*10)
  251.                                 tck = interpolate.splrep(t, output)
  252.                                 output_bspline = interpolate.splev(t_new, tck)
  253.                                 output_bspline_len = len(output_bspline)
  255.                                 comparator = np.array(output_bspline > inf2.getYPos(),dtype='int8')
  256.                                 rising = np.where(np.diff(comparator) == 1)[0]
  257.                                 if len(rising) > 1:
  258.                                         dt = np.mean(np.diff(rising))*Ts/10
  259.                                         fc = fc_mean(1/dt)
  260.                                         start_point = int(output_bspline_len/2+inf1.getXPos()/Ts/100) # 开始触发点索引
  261.                                         end_point_index = np.where( rising > start_point)[0]
  262.                                         if len(end_point_index) > 0:
  263.                                                 # 触发成功生成新时间轴 单位ms
  264.                                                 t_new = np.linspace(-100*Ts*(rising[end_point_index[0]]+1)+inf1.getXPos(),
  265.                                                                                  100*Ts*(output_bspline_len-rising[end_point_index[0]]-1)+inf1.getXPos(),output_bspline_len)
  266.                                 else:
  267.                                         fc = 0
  269.                                 curve.setData(t_new,output_bspline) # 绘制曲线
  270.                         else:
  271.                                 comparator = np.array(output > inf2.getYPos(),dtype='int8')
  272.                                 rising = np.where(np.diff(comparator) == 1)[0]
  273.                                 if len(rising) > 1:
  274.                                         dt = np.mean(np.diff(rising))*Ts
  275.                                         fc = fc_mean(1/dt)
  276.                                         start_point = int(output_len/2+inf1.getXPos()/Ts/1000) # 开始触发点索引
  277.                                         end_point_index = np.where( rising > start_point)[0]
  278.                                         if len(end_point_index) > 0:
  279.                                                 # 触发成功生成新时间轴 单位ms
  280.                                                 t = np.linspace(-1000*Ts*(rising[end_point_index[0]]+1)+inf1.getXPos(),
  281.                                                                                  1000*Ts*(output_len-rising[end_point_index[0]]-1)+inf1.getXPos(),output_len)
  282.                                 else:
  283.                                         fc = 0
  284.                                 curve.setData(t,output) # 绘制曲线
  286.                         fps_t = fps_mean(time.time()-fps_t0) # 帧率均值滤波
  287.                         fps_t0 = time.time()
  289.                         p.setTitle('CH32示波器 %0.2f fps Fs = %0.3f kHz fc = %0.3f Hz' % (1/fps_t,Fs/1000,fc))
  290.                         cnt += num
  291.                 if cnt >= N or time.time() - t0 > N*Ts+0.01:# 接收数据满或接收超时
  292.                         cnt = 0
  293.                         start_flag = False
  295.         else:
  296.                 ser.read(ser.in_waiting)
  297.                 data_buf = np.array([]) 
  298.                 result=ser.write(bytes([0xa5, 0x5a, arr>>8, arr&0xff, div>>8, div&0xff, N>>8, N&0xff, 0xff]))# 发送数据
  300.                 t0 = time.time()
  301.                 while time.time() - t0 < N*Ts+0.01:# 等待回应
  302.                         if ser.in_waiting:
  303.                                 start_flag = True
  304.                                 t0 = time.time()
  305.                                 break
  308. timer = pg.QtCore.QTimer()
  309. timer.timeout.connect(display_data)
  310. timer.start(0)
  311. app.exec_()
复制代码
四、性能测试

1 再造信号发送器


对比STM32和CH32惊奇的发现CH32还有DAC功能，正好根据官方库撸个信号发送器代码，如下：
  1. /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
  2. * File Name          : main.c
  3. * Author             : WCH
  4. * Version            : V1.0.0
  5. * Date               : 2019/10/15
  6. * Description        : Main program body.
  7. *******************************************************************************/ 
  8. #include "debug.h"
  9. #include "math.h"
  10. /* Global define */
  11. #define LED PCout(13)
  12. #define buf_len 50
  13. /* Global Variable */ 
  14. u32 DAC_Buf[buf_len];
  16. /*******************************************************************************
  17. * Function Name  : Gpio_Init
  18. * Description    : Initializes GPIO collection.
  19. * Input          : None
  20. * Return         : None
  21. *******************************************************************************/ 
  22. void Gpio_Init(void)
  23. {
  24.         GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  25.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);
  27.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;                                 
  28.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;                  
  29.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;                 
  30.         GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);                                         
  31.         GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_13);
  32. }
  34. /*******************************************************************************
  35. * Function Name  : Dac_Init
  36. * Description    : Initializes DAC collection.
  37. * Input          : None
  38. * Return         : None
  39. *******************************************************************************/ 
  40. void Dac_Init(void)
  41. {
  42.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  43.         DAC_InitTypeDef DAC_InitType;
  45.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );
  46.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_DAC, ENABLE );
  48.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;                                          
  49.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;                      
  50.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  51.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  52.         GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);
  54.         DAC_InitType.DAC_Trigger=DAC_Trigger_T3_TRGO;                                 
  55.         DAC_InitType.DAC_WaveGeneration=DAC_WaveGeneration_None;             
  56.         DAC_InitType.DAC_OutputBuffer=DAC_OutputBuffer_Disable ;                 
  57.         DAC_Init(DAC_Channel_1,&DAC_InitType);
  59.         DAC_Cmd(DAC_Channel_1, ENABLE); 
  60.         DAC_DMACmd(DAC_Channel_1,ENABLE); 
  61. }
  64. /*******************************************************************************
  65. * Function Name  : DAC1_DMA_INIT
  66. * Description    : Initializes DMA of DAC1 collection.
  67. * Input          : None
  68. * Return         : None
  69. *******************************************************************************/
  70. void DAC1_DMA_Init(void)
  71. {
  72.         DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  73.         RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);        
  75.         DMA_StructInit( &DMA_InitStructure);
  76.         /* Note:DAC1--->DMA1.CH3   DAC2--->DMA1.CH4 */
  77.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&(DAC->R12BDHR1);
  78.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)DAC_Buf;   
  79.         DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
  80.         DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = buf_len*4;    
  81.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;  
  82.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;   
  83.         DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; 
  84.         DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Word;
  85.         DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;                              
  86.         DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
  87.         DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;  
  89.         DMA_Init(DMA1_Channel3, &DMA_InitStructure);
  90.         DMA_Cmd(DMA1_Channel3, ENABLE); 
  91. }
  93. /*******************************************************************************
  94. * Function Name  : DAC_Data_Init
  95. * Description    : Initializes Data of DMA.
  96. * Input          : None
  97. * Return         : None
  98. *******************************************************************************/
  99. void DAC_Data_Init(void)
  100. {
  101.         uint32_t Idx = 0;  
  102.         for (Idx = 0; Idx < buf_len; Idx++)
  103.         {
  104.                 DAC_Buf[Idx] = 2000*sin(Idx*3.14159265*2/buf_len)+2048;
  105.         }
  106. }
  108. /*******************************************************************************
  109. * Function Name  : TIM3_Init
  110. * Description    : Initializes TIM3 collection.
  111. * Input          : arr: TIM_Period
  112. *                  psc: TIM_Prescaler
  113. * Return         : None
  114. *******************************************************************************/
  115. void TIM3_Init(u16 arr,u16 psc)
  116. {
  117.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
  118.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 
  119.         TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
  121.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); 
  122.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
  124.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;
  125.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;        //复用推挽输出
  126.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;
  127.         GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
  129.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr-1;             
  130.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc-1;           
  131.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; 
  132.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  
  133.         TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); 
  135.         TIM_SelectOutputTrigger(TIM3, TIM_TRGOSource_Update);  
  137.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//下面详细说明
  138.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//TIM_OutputState_Disable;
  139.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = arr>>1;
  140.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;//如果是PWM1要为Low，PWM2则为High
  141.         TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
  142.         TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);                                  
  143. }
  146. /*******************************************************************************
  147. * Function Name  : main
  148. * Description    : Main program.
  149. * Input          : None
  150. * Return         : None
  151. *******************************************************************************/
  152. int main(void)
  153. {
  154.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
  155.         Delay_Init();
  157.         Gpio_Init();
  158.         Dac_Init();
  159.         DAC_Data_Init();
  160.         DAC1_DMA_Init(); 
  161.         TIM3_Init(10,36); //溢出率200kHz产生1kHz正弦波
  163.         while(1)
  164.         {        
  165.                 LED = !LED;
  166.                 Delay_Ms(500);
  167.         }
  168. }
复制代码
2 方波测试

2.1 1kHz方波量结果


2.2 10kHz方波量结果


2.3 100kHz方波量结果


2.4 400kHz方波量结果


3 正弦波测试

3.1 50Hz正弦波量结果


3.2 1kHz正弦波量结果


3.3 10kHz正弦波量结果


提示：CH32 DAC未便产生高频正弦波。测量结果仅供参考

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