记录我的 STM32 示波器的研发经历

因为思念谁

最近几个月，我一直在研究 STM32 示波器用于满足自己简单的实验需求。期间的经历也让我更加深刻的体会到了产品研发的不易，现在将过程简单的记录下来。
整个过程目前分为 2 个阶段：STM32F4，最高 2.4M／s 采样率、三通道＋一个外部触发；STM32F3，最高 13M／s 采样率、双通道。

STM32F407 Discovery 版
最开始用 STM32F407 Discovery 制作的原因，是为了调试 GPS 数据记录仪（但结果这个 GPS 还是没有调成功，总是找不到卫星），用于查看串口和 SPI 的信号。
简单写写代码，打开 ADC ＋ DMA 即可获取采样数据，然后，用网上买的 SPI 接口的液晶屏就可以显示了。
这个期间，最大的体会是：要做出 A，要先做出 B，然后为了测试 A，需要再做出 C。
比如，ADC ＋ DMA 要弄出来，先得把 SPI 液晶屏给驱动了，于是要先搞 SPI。这就是为了 A 做 B。
然后，要测试 ADC 的效果，需要信号源，于是又去搞 DAC 输出正弦波，或者搞 TIM 输出 PWM，你才知道 ADC 工作是否正常啊。这就是为了测试 A 而做出 C。
就这样，一通折腾以后，出来了第一个波形：


ADC ＋ DMA 的开发过程中，我一开始最关注的是采样率指标。做数字示波器嘛，一开始这样想也很正常吧？
于是，很认真的计算时钟频率，采样间隔等数据：


然而，采样率上去以后，波形的稳定性这个要求也被提出来了：满屏波形乱滚，怎么看？
于是，又开始很认真的考虑触发方式的设计：要稳定显示 DAC 波形，最好是用 TIM 触发；而要稳定显示 SPI 信号波形，最好是用 EXIT 的下边沿触发：


继续研究下去，发现不对啊，人家的方波都是有过冲的（虽然不是什么好东西），我这个咋看不到呢？那还用问，过冲肯定是出了信号量程的哇，我 GND～VDD 的 ADC 怎么可能看到？！
不过这样可就玩大了，正负电源＋运放啊！
哎，还说什么呢，上呗！
于是，开始做正负电源：


开始做运放：


可以看到，战线已经开始拉得比较长了。。。
不过，成果还是有的，终于看到像示波器的波形了：

上图中第三个通道（最下面那个）接的，是给时钟芯片 DS1302 的 Clock 波形，难以置信吧？！这样的波形能读出时间那才怪了呢。于是，按照这个波形的线索，给时钟芯片的电路找问题。结果原因不明，最后换了一个 IO 就好了。小示波器立功了。

最后加上键盘来控制各种参数，引入了 Keil 的 CMSIS—RTOS 操作系统，于是，又是一通设计来安排任务的时间片和互相之间的交互方式：

最后得到这样一个示波器，使用的时候要打开一摊东西，非常占地方啊：


＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 分割线 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
越过这座山，又看到另一座山。

STM32F303 Discovery 版
然后，不知道那一天，无意间看到了 STM32F303 Discovery 这块板，一看 ADC 参数：单 ADC 9M／s 的采样率（6bit 分辨率，72M ADC 时钟的情况下）？！那我还折腾 STM32F4 干嘛啊，上 STM32F3 吧。
有了上一个版本的经验，借着 STM32F303VCT6 的高采样率 ADC，那这次还不来个大的啊？！（贪婪的心态）
于是，一开始这样就是这样的架构设计（4通道每通道也有9M采样率，STM32F4 三个通道交替也才 7.2M／s啊）：


然后开始疯狂计算我能得到的最高采样率：


用 1M 的 PWM 一测，果然厉害，比 2.4M／s 采样的清楚多了！（ADC1+ADC2，8 bit 分辨率交替采样，大约 13M／s 的采样率）


可是高兴得太早，运放不给力了，LM324 过一个 1M 的方波，结果就是这个样子：

不过，这时已经把采样点之间用线给连接上了，屏幕上看起来就像是个波形的样子了。为了测试给点连线的算法，专门做了 Excel 的算法测试工具。
看了看高增益带宽积的运放，AD8056，7 块钱一片，一个通道就要 2 片。。。

最后把双通道加上去（ADC1+ADC2、ADC3+ADC4），成了这个样子：

屏幕刷新率现在让人捉急，大概 10帧／秒。SPI 屏的时钟频率典型值是 8M，已经用尽了。后面要改进，只能上TFT控制模块了。所以，又搞了一块 STM32F429 Discovery 。。。

盘算一遍之后，我发现，示波器的面板可能要是这个样子：

然后把除了芯片、阻容以外的零件、线材物料做了一个计算（红色的文字是线的长度，以单根 0.15 米为基准）：

总结下来，居然要 150 元。加上芯片和宽带运放，估计在 200 元以上，再加上外壳和加工、打板的费用，300 左右吧。
做产品真不容易，不算不知道。不过，对于我这样的业余兴趣爱好来说，300 元一台这样的示波器其实还可以接受了，相比之下，自己投入的那些业余时间，累死的那些脑细胞才是更加昂贵的。

可是，故事并没有结束，因为我今天又看到了这个货：

真漂亮啊！第一眼看到就喜欢上了，回头再看看自己的设计，好丑。。。
嗯，接下来，该怎么办？