不止于点亮：用STM32和ST7735屏幕DIY一个简易示波器（附完整工程源码）

不止于点亮：用STM32和ST7735屏幕DIY一个简易示波器（附完整工程源码）

当STM32遇上ST7735彩色屏幕，能碰撞出怎样的火花？本文将带你突破基础驱动限制，实现一个能实时显示波形的简易示波器。这个项目不仅考验硬件连接能力，更需要处理信号采集、图形绘制和动态刷新等关键技术难点。

1. 硬件架构设计与信号采集

1.1 核心硬件选型与连接

本项目需要以下硬件组件：

• STM32F103C8T6开发板（自带ADC功能）
• ST77351.8寸TFT液晶屏（128x160分辨率）
• 信号发生器或可输出模拟信号的设备
• 杜邦线若干

硬件连接示意图：

提示：ADC输入引脚需根据实际信号电压范围考虑分压电路，防止损坏MCU

1.2 ADC采样配置

STM32的ADC需要正确配置采样率和分辨率：

// ADC初始化代码片段 void ADC_Init(void) { ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; hadc1.Instance = ADC1; hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE; hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE; hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; hadc1.Init.NbrOfConversion = 1; HAL_ADC_Init(&hadc1); sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0; sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_71CYCLES_5; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig); }

关键参数说明：

• 采样率：通过定时器触发实现稳定采样
• 分辨率：12位ADC（0-4095对应0-3.3V）
• 缓冲机制：采用双缓冲减少显示撕裂

2. ST7735图形引擎优化

2.1 基础绘图函数强化

原始驱动仅提供基本填充功能，需扩展以下图形函数：

// 优化后的画线函数（Bresenham算法） void ST7735_DrawLine(uint16_t x0, uint16_t y0, uint16_t x1, uint16_t y1, uint16_t color) { int dx = abs(x1-x0), sx = x0<x1 ? 1 : -1; int dy = -abs(y1-y0), sy = y0<y1 ? 1 : -1; int err = dx+dy, e2; while(1){ ST7735_DrawPixel(x0,y0,color); if(x0==x1 && y0==y1) break; e2 = 2*err; if(e2 >= dy) { err += dy; x0 += sx; } if(e2 <= dx) { err += dx; y0 += sy; } } }

性能对比表：

2.2 波形显示坐标系实现

建立适合示波器的坐标系系统：

// 坐标系绘制函数 void DrawGrid(uint16_t color) { // 绘制X轴 ST7735_DrawLine(GRID_OFFSET, HEIGHT/2, WIDTH-GRID_OFFSET, HEIGHT/2, color); // 绘制Y轴 ST7735_DrawLine(GRID_OFFSET, GRID_OFFSET, GRID_OFFSET, HEIGHT-GRID_OFFSET, color); // 绘制网格线 for(uint8_t i=0; i<DIV_X; i++) ST7735_DrawLine(GRID_OFFSET+i*GRID_STEP, GRID_OFFSET, GRID_OFFSET+i*GRID_STEP, HEIGHT-GRID_OFFSET, GRID_COLOR); // ...Y轴网格类似 }

3. 实时波形处理系统

3.1 数据采集流水线

建立高效的数据处理流程：

1. ADC采样：定时器触发保证等间隔采样
2. 数据缓存：双缓冲机制（采集缓冲/显示缓冲）
3. 数值转换：将ADC值转换为屏幕坐标
4. 波形绘制：连接相邻采样点形成连续波形

// 波形刷新线程 void Waveform_Refresh_Task(void) { static uint16_t prev_x = 0, prev_y = 0; while(1) { if(new_data_ready) { ST7735_SetWindow(0, 0, WIDTH-1, HEIGHT-1); for(uint16_t i=0; i<SAMPLE_COUNT; i++) { uint16_t x = GRID_OFFSET + i*X_SCALE; uint16_t y = HEIGHT/2 - (adc_buffer[i]-2048)*Y_SCALE/4096; if(i>0) ST7735_DrawLine(prev_x, prev_y, x, y, WAVE_COLOR); prev_x = x; prev_y = y; } new_data_ready = 0; } osDelay(10); } }

3.2 性能优化技巧

• 局部刷新：只重绘波形变化区域
• DMA传输：SPI数据通过DMA发送减少CPU占用
• 垂直同步：使用VSYNC信号避免撕裂现象
• 动态缩放：根据信号频率自动调整时基

4. 高级功能实现

4.1 测量标尺功能

添加实用的测量工具：

// 电压测量函数 float MeasureVoltage(uint16_t* buffer, uint16_t len) { uint32_t sum = 0; uint16_t max = 0, min = 4095; for(uint16_t i=0; i<len; i++) { sum += buffer[i]; if(buffer[i] > max) max = buffer[i]; if(buffer[i] < min) min = buffer[i]; } return { .vpp = (max-min)*3.3/4096, .vavg = sum*3.3/(len*4096), .freq = CalculateFrequency(buffer, len) }; }

4.2 多波形显示

支持同时显示多个信号通道：

# 伪代码：多通道处理逻辑 channels = { 'CH1': {'pin': 'PA0', 'color': RED, 'data': []}, 'CH2': {'pin': 'PA1', 'color': GREEN, 'data': []} } while True: for ch in channels.values(): ch['data'] = sample_adc(ch['pin']) refresh_display(channels)

4.3 触发系统实现

添加边沿触发功能稳定波形显示：

5. 完整工程源码解析

项目采用模块化设计，主要文件结构：

/Drivers /ST7735 st7735.c # 显示驱动 st7735.h /ADC adc.c # 采集模块 adc.h /Application waveform.c # 核心逻辑 gui.c # 界面绘制 main.c # 程序入口

关键配置示例：

// 主程序初始化 int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); ST7735_Init(); ADC_Init(); TIM_Init(); // 采样定时器 osKernelInitialize(); osThreadNew(Waveform_Refresh_Task, NULL, NULL); osKernelStart(); while(1) { // 后台任务 } }

实际测试中发现，当采样率超过50ksps时，需要启用DMA传输才能保证实时性。通过将显示刷新率锁定在30FPS，在128x160分辨率下可获得流畅的波形显示效果。