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简介：这份资源是面向嵌入式初学者与电子爱好者的STM32F103ZET6简易示波器完整工程，基于Cortex-M3内核芯片，利用其72MHz主频与多通道ADC实现正弦波、方波等信号的采集与LCD波形显示，适合作为单片机外设综合练习与课程设计参考。压缩包共272个文件，约8.9MB，以c与h源码、o与d编译中间文件、crf与lst链接列表、s启动文件及txt说明为主，另含uvproj、uvopt等Keil工程文件与hex、axf烧录产物，覆盖从源码到可执行固件的完整链路。目前已有4570人学习下载。读者可从中获得ADC采样、定时器控制采样率、SPI/I²C驱动LCD、CMSIS标准库配置等模块化实现思路，并借助工程文件直接编译烧录，对照波形调试过程理解微控制器资源调度与信号可视化方法，对掌握嵌入式开发流程具有实际参考价值。

1. 拆开一个 STM32F103ZET6 示波器程序包：它到底能跑出什么波形

前阵子帮一个做电源测试的朋友找便携采集方案，他丢过来一个压缩包，名字就叫「基于STM32F103ZET6示波器程序.rar」。我第一反应是：这年头用 F103 做简易示波器的资料满天飞，但真正能跑、能看、能改的没几个。拆开之后发现，这套东西的定位很清晰——它不是要替代台式示波器，而是给嵌入式工程师一个能塞进设备里的波形观察窗口。核心是 STM32F103ZET6 这颗 Cortex-M3 芯片，主频 72MHz，自带 12 位 ADC，配合 TFT 屏和按键交互，能采能显能调。适合谁？做电机驱动、电源环路、传感器信号调理的从业者，手头需要一台能长期挂在板子上的低成本监视器；也适合刚学完单片机外设、想找个综合项目练手的同学。它解决的不是「高精度测量」，而是「现场快速看波形趋势」这个具体诉求。

2. 信号链拆解：从模拟前端到屏幕像素的完整路径

2.1 模拟前端与 ADC 采样时序

这套程序最核心的部分不是显示，而是采样。STM32F103ZET6 的 ADC1 挂在 APB2 总线上，最高时钟 14MHz，12 位分辨率下最快转换时间 1μs。但程序里不会跑这么快，因为要留时间给 DMA 搬运和屏幕刷新。常见做法是配置 ADC 为连续转换模式，由 TIM2 或 TIM3 的更新事件触发，采样率通过定时器分频算出来。比如要采 10kHz 的正弦波，按奈奎斯特至少 20kHz 采样率，实际工程里取 10 倍以上，也就是 100kHz 以上才看得清形状。定时器触发的好处是采样间隔严格等距，不会因为中断响应抖动导致波形畸变。

模拟前端部分，程序包里通常配一个运放做阻抗变换和偏置。F103 的 ADC 输入范围是 0 到 3.3V，如果测双极性信号，得把信号抬到 1.65V 中点。常见电路是用电阻分压加跟随器，或者直接用轨到轨运放搭一个加法器。这里有个血泪经验：偏置电压不稳，整个波形会上下漂，看起来像信号在呼吸。所以基准源最好用 TL431 或者 REF3033，别直接用 3.3V 分压，那玩意随负载变。

// ADC1 初始化关键片段：TIM3 触发 + DMA 循环搬运 void ADC_Config(void) { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); // PA0 作为模拟输入 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // DMA1 通道1 搬运 ADC1 数据到缓冲区 DMA_DeInit(DMA1_Channel1); DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR; DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)adc_buffer; DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ADC_BUFFER_SIZE; // 比如 1024 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 循环模式，永不停止 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure); DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; // 由外部触发 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T3_TRGO; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5); ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ENABLE); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); // 校准 ADC_ResetCalibration(ADC1); while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); ADC_StartCalibration(ADC1); while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); // TIM3 产生 100kHz 触发信号：72MHz / (72 * 10) = 100kHz TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 10 - 1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); TIM_SelectOutputTrigger(TIM3, TIM_TRGOSource_Update); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); }

这段代码里几个参数值得盯住：ADC_SampleTime_55Cycles5是采样保持时间，信号源内阻大就加长，否则采不准；DMA_Mode_Circular让缓冲区循环覆盖，屏幕读的时候直接读最新一段，不用等中断；TIM3 的Period和Prescaler决定了采样率，改这两个值就能切档位。我一般会把采样率做成可调，从 10kHz 到 500kHz 分几档，用按键切换，这样既能看工频干扰，也能看开关电源的纹波。

2.2 波形重建与 TFT 刷新策略

采到数据只是第一步，怎么把 1024 个点映射到 240x320 的 TFT 屏上才是显示部分的关键。程序里通常用 ILI9341 或 ST7789 驱动，SPI 接口，刷一屏大概几十毫秒。如果每采一次就全屏刷新，波形会闪得没法看。常见做法是双缓冲：一个缓冲区给 DMA 写，另一个给屏幕读，读完了交换。但 F103 的 RAM 只有 64KB，双缓冲 1024 个半字就是 2KB，加上屏幕显存，勉强够用。更省的做法是只刷新变化区域，但实现复杂，这套程序里一般不做。

波形映射的算法很简单：找到缓冲区里的最大值和最小值，算出峰峰值，然后按屏幕高度做线性缩放。但这里有个玄学问题——如果信号一直在变，峰峰值跟着变，波形会上下跳。解决办法是加一个「自动量程」的滞回区间，或者干脆固定垂直档位，让用户手动调。我倾向于后者，因为自动量程在测瞬态信号时会把小信号放大成噪声，看起来全是毛刺。

// 将 ADC 缓冲区映射到屏幕坐标并绘制 void Draw_Waveform(uint16_t *buf, uint16_t len) { uint16_t i; uint16_t max = 0, min = 4095; uint16_t y, y_prev; uint16_t x_prev = 0; // 找峰峰值 for(i = 0; i < len; i++) { if(buf[i] > max) max = buf[i]; if(buf[i] < min) min = buf[i]; } // 防止除零，至少留 10 个 ADC 码的余量 if(max - min < 10) { max = min + 10; } // 清屏或只清波形区，这里用局部清屏 LCD_Fill(0, WAVE_Y_START, 240, WAVE_Y_END, BLACK); // 逐点画线，x 方向压缩到 240 像素 for(i = 0; i < 240; i++) { // 从缓冲区里等间隔取点，len 可能大于 240 uint16_t idx = i * len / 240; // 映射到 Y 坐标：ADC 值越大，屏幕 Y 越小（因为屏幕原点在左上） y = WAVE_Y_END - (buf[idx] - min) * (WAVE_Y_END - WAVE_Y_START) / (max - min); if(i > 0) { LCD_DrawLine(x_prev, y_prev, i, y, GREEN); } x_prev = i; y_prev = y; } }

这段代码里WAVE_Y_START和WAVE_Y_END是屏幕上的波形显示区域，一般留出顶部状态栏和底部菜单栏。LCD_DrawLine是画线函数，比画点快，但要注意坐标边界，别画到区域外面去。如果屏幕驱动带硬件加速，比如 ILI9341 的 Memory Write 连续写，可以先把整行像素拼好再一次性发送，速度能快一倍。另外，buf[idx]这种等间隔抽取在信号频率高的时候会混叠，看起来像低频波，这是采样定理的锅，不是程序 bug。要避免就得提高采样率或者加抗混叠滤波器。

3. 交互与参数配置：按键、菜单和那些反直觉的默认值

3.1 按键状态机与菜单结构

这套程序一般配三到四个按键：一个菜单键、一个加键、一个减键、一个确认键。按键处理用状态机比用延时消抖靠谱，因为示波器刷新占着 CPU，延时消抖会把主循环卡死。常见做法是定时器每 10ms 扫一次 IO，记录按下和释放事件，主循环里根据当前菜单层级做响应。菜单结构通常是两级：一级选功能（垂直档位、水平时基、触发模式），二级调参数。这里有个坑：如果按键扫描放在中断里，而菜单刷新在主循环，两个上下文同时改同一个变量，会出玄学问题。我一般把按键事件放进一个环形队列，主循环慢慢消费。

触发模式是示波器的灵魂。这套程序里通常支持三种：自动、正常、单次。自动模式下，没触发信号也刷新，屏幕上全是滚动的噪声；正常模式下，等触发条件满足才更新一屏，波形稳定；单次模式抓一个瞬态就停。触发条件一般是边沿触发，上升沿或下降沿，触发电平用 ADC 码值表示。调触发电平的时候，屏幕上会有一条水平虚线，告诉你当前触发点在哪。如果触发电平设得比信号峰峰值还高，那就永远触发不了，屏幕卡住不动——这不是死机，是触发条件没满足。

3.2 时基与垂直档位的换算关系

时基决定了屏幕上显示多长时间的信号。假设采样率是 100kHz，缓冲区 1024 个点，那么一屏就是 10.24ms。如果屏幕横向 240 像素，每个像素代表 42.7μs。用户看到的「时基」参数通常用「ms/div」表示，比如 5ms/div，一共 10 格就是 50ms。但程序内部是按采样点算的，所以改时基实际上是改采样率或者改抽取比例。垂直档位同理，ADC 满量程 3.3V 对应 4095，如果垂直档位设成 1V/div，屏幕 8 格就是 8V，但 ADC 只能测 3.3V，所以前面必须有衰减器或者放大器。程序里的垂直档位只是改显示比例，不改变硬件增益，这点要分清。

这张表里的参数不是孤立的。比如你把采样率降到 10kHz，时基设成 0.1ms/div，那一个像素对应的时间就太长了，波形会挤成一团。反过来，采样率 500kHz，时基 50ms/div，缓冲区根本装不下那么多点，程序会做抽取，波形看起来是好的，但细节丢了。我一般会先让用户选一个「自动设置」，程序根据输入信号的频率和幅值算一组参数，然后再手动微调。自动设置的核心就是测频和测幅，测频用定时器捕获或者过零检测，测幅用峰峰值。

4. 避坑与排查：那些让你怀疑芯片坏了的瞬间

4.1 波形显示为一条直线或满屏噪声

现象：上电后屏幕有背光，菜单能操作，但波形区要么一条水平线，要么全是跳动的点。原因通常有三个：一是模拟前端没供电，运放没输出，ADC 读到的是零或满量程；二是 DMA 没启动，缓冲区里全是初始值；三是触发条件设错了，自动模式下应该滚动，但程序卡在正常模式。排查顺序：先用万用表量 ADC 输入引脚的电压，如果是 0V 或 3.3V 固定，查前端；如果电压随信号变，查 DMA 配置里的DMA_BufferSize和DMA_Mode；如果都正常，把触发模式切到自动，看有没有滚动。我遇到过最坑的一次是 DMA 通道选错了，ADC1 对应 DMA1 通道1，结果代码里写了通道2，编译不报错，运行就是没数据。

4.2 采样率上不去，波形混叠

现象：想测 50kHz 的开关纹波，结果屏幕上显示的是一个低频正弦，频率对不上。原因：采样率不够，或者定时器触发频率算错了。F103 的 ADC 最快 1MHz 左右，但加上 DMA 和屏幕刷新，实际能稳定跑 200kHz 就不错了。如果信号频率 50kHz，采样率至少 500kHz，这时候得把屏幕刷新降下来，或者用抽取模式，只显示一部分点。另一个常见错误是定时器分频算错，比如Prescaler设成 72，以为得到 1MHz，实际上 APB1 定时器时钟是 36MHz（如果系统时钟 72MHz，APB1 分频系数为 2），所以 36MHz / 72 = 500kHz，不是 1MHz。这个细节在参考手册的时钟树里，不看就翻车。

4.3 屏幕刷新撕裂或闪烁

现象：波形在屏幕上滚动时，中间有一条横向撕裂线，或者整体闪烁。原因：SPI 刷屏和 DMA 采样抢总线，或者刷屏没有做局部更新。F103 的 SPI 最高 18MHz，刷 240x320 全屏要 2403202*8/18M ≈ 68ms，这期间如果采样缓冲区被覆盖，显示的就是新旧混合的数据。解决办法：一是用双缓冲，DMA 写 buf0 的时候，屏幕读 buf1；二是降低刷新率，比如每 100ms 刷一次，中间只更新变化区域；三是把 SPI 时钟提到 36MHz（F103 的 SPI1 在 APB2 上，最高 72MHz 二分频）。但 SPI 太快会导致屏幕花屏，得看屏幕驱动芯片的手册，ILI9341 一般能跑 20MHz 以上。

4.4 按键反应迟钝或连击

现象：按一下加键，参数跳好几格；或者按了没反应，得使劲按。原因：按键扫描周期太长，或者没有做释放检测。如果扫描周期 50ms，人按一下至少 100ms，程序会认为按了两次。解决办法：扫描周期降到 10ms，并且记录「按下沿」和「释放沿」，只在按下沿触发一次动作。另外，机械按键抖动时间一般 5~10ms，10ms 扫描刚好能滤掉，不用再加延时。如果按键接在中断引脚上，记得在中断里关掉该引脚的中断，处理完再开，否则会反复进中断。

4.5 程序烧录后不运行，或运行一段时间死机

现象：烧录成功，但屏幕不亮，或者跑几分钟后卡死。原因：一是堆栈溢出，F103 默认堆栈 1KB，如果局部数组太大，比如uint16_t buf[2048]放在函数里，直接爆栈；二是中断优先级冲突，ADC 中断和 DMA 中断抢同一个优先级，导致死锁；三是看门狗没喂。排查：把大数组改成全局变量或静态变量；检查NVIC_PriorityGroupConfig和各个中断的抢占优先级，DMA 和 ADC 别设成一样；如果开了独立看门狗，主循环里记得喂狗，但刷屏函数如果耗时太长，喂狗间隔要算好。我一般会在主循环里翻转一个 IO，用示波器看周期，如果周期突然变长，就是哪里卡住了。

5. 进阶玩法：把 F103 示波器变成能存数据的简易分析仪

这套程序最值钱的地方不是显示，而是它能改。F103ZET6 有 512KB Flash 和 64KB RAM，除了跑示波器，还能塞进去一个简单的数据记录功能。我一般会加一个 SD 卡或者串口上传，把 ADC 缓冲区里的原始数据按二进制存下来，然后在电脑上用 Python 画图分析。这样比盯着小屏幕看靠谱得多，尤其是抓瞬态信号的时候。串口上传的代码很简单，把 DMA 缓冲区里的半字转成字节，加个帧头，用 115200 波特率发出去，一秒钟能传 10K 个点，对于 100kHz 采样率来说，传 1024 个点只要 0.1 秒，完全跟得上。

# 上位机解析串口传来的 ADC 数据并绘图 import serial import struct import matplotlib.pyplot as plt ser = serial.Serial('COM3', 115200, timeout=1) raw = ser.read(2048) # 读 1024 个半字 data = struct.unpack('<' + 'H' * 1024, raw) # 小端解析 # 转成电压：3.3V / 4095 volts = [v * 3.3 / 4095 for v in data] plt.plot(volts) plt.xlabel('Sample') plt.ylabel('Voltage (V)') plt.grid(True) plt.show()

这段 Python 脚本里，struct.unpack的格式字符串'<'+'H'*1024表示小端、1024 个无符号半字。如果 STM32 那边发的是大端，改成'>'。串口波特率 115200 下，一帧 2048 字节大概 0.18 秒，加上解析和绘图，整体延迟不到一秒。如果想连续采集，可以在 STM32 那边加一个简单的协议：每帧开头两个字节 0xAA 0x55，然后跟 1024 个半字，上位机按帧同步。这样即使丢几个字节，也能重新对齐。我习惯在 STM32 端用 DMA 串口发送，把缓冲区指针直接给 USART1 的 DMA 通道，CPU 完全不参与，采样和上传互不干扰。

另一个进阶方向是加 FFT。F103 没有硬件浮点，但可以用定点数做 256 点 FFT，大概几毫秒算完。把 ADC 数据加汉宁窗，然后跑基 2 的 FFT，把幅值谱画在屏幕上，就能看谐波了。不过屏幕分辨率有限，一般只显示前 64 个频点。这个功能对做电源的很有用，能直接看开关频率和它的谐波分布。代码网上有现成的定点 FFT 库，移植过来改改就行，注意 Q 格式和溢出。

从那以后我每次拿到这种「简易示波器」程序包，都先不急着烧录，而是把 ADC 配置和定时器时钟树对一遍，再用信号发生器从低频到高频扫一遍，确认采样率和显示都对得上。这套 F103 的方案虽然老，但胜在便宜、资料多、改起来方便，适合当个长期挂机的波形监视器。希望帮到你。

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