2025-11-17
本设计旨在基于STM32微控制器，设计并实现一款便携式数字示波器系统，具备信号采集、波形显示、基本测量与人机交互功能。
主要任务包括：完成硬件电路设计（含信号调理、ADC采样、LCD液晶显示），完成嵌入式软件开发（基于STM32标准外设库或HAL库，实现数据采集、波形绘制与UI交互），并完成系统集成与功能调试。
最终目标是构建一台体积小巧、响应灵敏、成本可控的便携示波器原型，能够对频率在100kHz以内、幅度在0~250V范围内的模拟信号进行有效捕获与可视化显示，满足教学实验与现场快速检测的基本需求，为后续功能扩展（如频谱分析、自动测量、数据存储）奠定基础。
系统总体方案设计：对比主流便携示波器架构，确定以STM32为主控核心，结合信号调理电路、LCD显示屏、按键输入等模块的软硬件协同方案，明确系统功能划分与性能指标。
硬件电路设计与实现：设计并绘制信号调理电路（分压、滤波、钳位）、ADC采集接口电路、电源控制电路、人机交互接口（按键、LCD）及PCB布局；使用EDA工具（如Altium Designer/KiCad/嘉立创EDA）完成原理图与PCB设计，并具备实际焊接与调试能力。
嵌入式软件系统开发：基于STM32平台，使用C语言开发底层驱动（ADC、USART、SPI、GPIO），实现高速数据采集、波形缓存与实时绘制算法；开发基于LCD的图形用户界面，结合按键与旋钮输入电路，实现波形放大缩小、暂停显示等交互功能。
系统集成与测试：完成软硬件联调，测试系统在不同输入信号（正弦波、方波、三角波）下的采样精度、响应速度、显示稳定性，评估系统的便携性与功能性。
文档撰写与成果整理：撰写毕业设计论文，完整记录设计过程、关键技术实现、测试数据与分析结论；提交完整电路图、源代码、PCB文件、实物作品与演示视频。
技术实现要求：
使用STM32系列芯片（推荐F1/F4系列）作为主控，具备12位ADC分辨率；
能够对频率在100kHz以内、幅度在0~250V范围内的模拟信号进行有效捕获与可视化显示；
选择合适大小的LCD显示屏，支持实时波形刷新；
支持方波波形输出，能够实现波形自检并显示在LCD屏幕上；
最终设计的整机尺寸控制在手掌大小，具备便携性。
成果交付要求：
提交完整毕业设计论文（不少于1.8万字）；
提交全套设计文档：原理图、PCB图、源代码、演示视频等；
提交系统实物原型1台。
[1]杜洋.STM32入门100步[M].人民邮电出版社:202107:388.
[2]杨百军.轻松玩转STM32Cube[M].电子工业出版社:202303:285.
[3]陈翠和,张国林,张佳锐,等.嵌入式系统开发与实战[M].电子工业出版社:202506:382.
[4]刘龙,高照玲,田华.STM32单片机原理与项目实战[M].人民邮电出版社:202209:368.
[5]郭立强.电子技术基础简明教程[M].南京大学出版社:202008:303.
[6]黄丽亚,杨恒新,袁丰.模拟电子技术基础[M].机械工业出版社:202303:891.
[7]刘洪庆,向前.示波器最新技术进展与发展趋势[J].电子质量,2021,(08):1-5.
[8]梁驹,徐建芬,刘玉军.示波器的发展与合理选择[J].现代仪器,2006,(06):45-48.
[9]秦塬淋.示波器触发原理和应用[J].计量与测试技术,2012,39(02):36-38.
[10]丁红斌,秦会斌,孙顺远.基于STM32的虚拟示波器的设计与实现[J].电子器件,2009,32(06):1007-1010.
[11]朱俊杰,陈雪娇.基于STM32掌上多功能数字示波器的设计[J].微型电脑应用,2024,40(02):21-25.
[12]庞成康,黎海明,舒向航,等.基于STM32的简易数字示波器设计[J].广西物理,2023,44(03):17-23.
[13]季小榜,孙雷明.基于STM32F103RCT6的虚拟示波器硬件电路设计[J].河南工程学院学报(自然科学版),2020,32(01):37-40.DOI:10.16203/j.cnki.41-1397/n.2020.01.009.
[14]徐健,唐胤.基于STM32的便携式数字示波器设计[J].电子设计工程,2019,27(14):139-143.DOI:10.14022/j.cnki.dzsjgc.2019.14.030.
[15]马文博,蒋玉华,闭金杰,等.基于嵌入式单片机的多用测量仪表设计[J].电子制作,2023,31(11):16-20.DOI:10.16589/j.cnki.cn11-3571/tn.2023.11.016.
| 阶段 | 主要任务 | 起止日期 | 重点工作内容 |
|---|---|---|---|
| 1 | 课题调研与方案设计 | 2025年11月18日 – 2025年12月1日 | 查阅国内外便携示波器文献，分析主流架构；确定STM32型号、ADC选型、显示方案；完成系统总体设计方案，撰写开题报告初稿 |
| 2 | 硬件电路设计与实物制作 | 2025年12月2日 – 2026年1月5日 | 设计信号调理电路、电源电路、接口电路；使用Altium Designer/KiCad/嘉立创EDA绘制原理图与PCB；完成仿真验证（如Multisim/Proteus）；提交PCB至厂商制作，收到板卡后完成元器件焊接、检查与基础通电测试；使用万用表、示波器检测关键节点电压与信号完整性 |
| 3 | 嵌入式软件开发（底层驱动） | 2026年1月6日 – 2026年2月26日 | 搭建Keil MDK/STM32CubeIDE开发环境；编写STM32 ADC采样、SPI驱动（用于LCD）、按键扫描、USART通信等底层驱动程序；实现数据采集、缓存与实时传输 |
| 4 | 嵌入式软件开发（上层功能） | 2026年2月27日 – 2026年3月27日 | 开发图形界面（GUI）；实现基本测量功能（峰峰值、频率）；集成用户交互逻辑 |
| 5 | 系统联调与功能优化 | 2026年3月28日 – 2026年4月15日 | 软硬件联合调试，解决信号失真、刷新卡顿、噪声干扰等问题；优化采样稳定性与显示流畅度；完成核心功能验证，形成测试数据 |
| 6 | 毕业论文撰写与答辩 | 2026年4月16日 – 2026年5月1日 | 按学校格式撰写论文，根据指导教师意见修改论文内容，完善逻辑与表达；规范格式，查重预检。参加学院组织的毕业设计答辩，现场展示系统功能，回答评审老师提问 |