# scope_to_be_completed

**Repository Path**: caraba/scope_to_be_completed

## Basic Information

- **Project Name**: scope_to_be_completed
- **Description**: 基于stm32g4的scope
- **Primary Language**: C
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 1
- **Created**: 2026-07-09
- **Last Updated**: 2026-07-09

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# ScopeV1 — 虚拟示波器 & 信号发生器

基于 STM32G474VET6 的 USB 虚拟示波器与信号发生器，通过 PC 上位机实时控制与显示。

## 功能概述

### 信号发生器（DAC）
- 支持 **正弦波 / 方波 / 三角波 / 锯齿波** 四种波形
- 频率范围：1 Hz ~ 50 kHz
- 幅度调节：0 ~ 4095（12 位 DAC）
- TIM2 ISR 驱动，128 点波形查找表

### 虚拟示波器（ADC）
- 12 位分辨率，与 DAC 同步采样（TIM2 TRGO 触发）
- DMA 双缓冲循环采集，256 点/半缓冲
- 数据通过 USART2 实时上传至 PC

### 上位机软件
- 串口连接，默认波特率 921600
- 波形实时显示（matplotlib）
- 信号源参数在线控制（波形类型 / 频率 / 幅度）
- 采集启停控制

## 硬件平台

| 项目 | 说明 |
|------|------|
| MCU | STM32G474VET6 (Cortex-M4, 512KB Flash, 128KB RAM) |
| 主频 | 150 MHz（HSI → PLL） |
| 开发板 | NUCLEO-G474RE 或兼容板 |
| 编译环境 | CMake + Ninja + arm-none-eabi-gcc |

### 引脚连接

| 引脚 | 功能 | 说明 |
|------|------|------|
| PA5 | DAC1_OUT2 | 信号输出，需用杜邦线连接至 PA1 |
| PA1 | ADC1_IN2 | 信号采集输入端 |
| PA2 | USART2_TX | 串口发送，接 USB-UART 的 RX |
| PA3 | USART2_RX | 串口接收，接 USB-UART 的 TX |
| PA13 | SWDIO | 调试接口（SWD） |
| PA14 | SWCLK | 调试接口（SWD） |

> **关键步骤**：用一根杜邦线将 **PA5** 与 **PA1** 短接，形成 DAC → ADC 的物理信号回路。

## 目录结构

```
ScopeV1/
├── Core/
│   ├── Inc/
│   │   ├── main.h
│   │   ├── gpio.h
│   │   ├── stm32g4xx_hal_conf.h      # HAL 模块配置
│   │   ├── stm32g4xx_it.h
│   │   └── User/                      # 用户模块头文件
│   │       ├── dac.h                  # DAC 信号发生器
│   │       ├── adc.h                  # ADC 数据采集
│   │       ├── uart.h                 # UART 通信协议
│   │       └── scope_app.h            # 应用层集成
│   └── Src/
│       ├── main.c                     # 主程序入口
│       ├── gpio.c                     # GPIO 引脚配置
│       ├── stm32g4xx_it.c             # 中断服务函数
│       ├── stm32g4xx_hal_msp.c        # HAL MSP 初始化
│       └── User/                      # 用户模块源文件
│           ├── dac.c
│           ├── adc.c
│           ├── uart.c
│           └── scope_app.c
├── Drivers/
│   ├── CMSIS/
│   └── STM32G4xx_HAL_Driver/         # HAL 库驱动
├── cmake/
│   ├── gcc-arm-none-eabi.cmake        # 交叉编译工具链
│   └── stm32cubemx/                   # CubeMX 生成的 CMake 模块
├── PC_Host/
│   └── scope_host.py                  # PC 上位机（Python）
├── ScopeV1.ioc                        # STM32CubeMX 工程文件
├── STM32G474XX_FLASH.ld              # 链接脚本
├── CMakeLists.txt                     # 顶层 CMake
└── CMakePresets.json                  # CMake 预设
```

## 快速开始

### 1. 编译 MCU 固件

```bash
# 配置（首次或修改 CMake 后）
cmake --preset Debug -B build/Debug -G Ninja

# 编译
cmake --build build/Debug
```

编译产物：`build/Debug/ScopeV1.elf`

### 2. 烧录固件

使用 STM32CubeProgrammer 或 OpenOCD：

```bash
# STM32CubeProgrammer
STM32_Programmer_CLI -c port=SWD -w build/Debug/ScopeV1.elf -rst

# 或使用 OpenOCD
openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32g4x.cfg -c "program build/Debug/ScopeV1.elf verify reset exit"
```

### 3. 硬件接线

1. 用杜邦线连接 **PA5** ↔ **PA1**
2. 将 USB-UART 模块连接至 PA2 (TX)、PA3 (RX)、GND

### 4. 安装上位机依赖

```bash
pip install pyserial numpy matplotlib
```

### 5. 运行上位机

```bash
python PC_Host/scope_host.py
```

操作流程：
1. 选择串口号，点击 **Connect**
2. 在 Signal Generator 面板选择波形、设置频率和幅度
3. 点击 **START** 开始采集和显示
4. 点击 **STOP** 停止

## 通信协议

### PC → MCU（文本命令，以 `\r\n` 结尾）

| 命令 | 说明 | 示例 |
|------|------|------|
| `WAVE <类型>` | 设置波形 | `WAVE SINE` / `WAVE SQUARE` / `WAVE TRIANGLE` / `WAVE SAWTOOTH` |
| `FREQ <频率>` | 设置频率 (Hz) | `FREQ 1000` |
| `AMP <幅度>` | 设置幅度 (0-4095) | `AMP 2048` |
| `START` | 启动信号输出与采集 | `START` |
| `STOP` | 停止信号输出与采集 | `STOP` |

### MCU → PC（二进制数据包）

```
┌──────┬──────┬────────┬──────────────────┬────────┐
│ 0xAA │ 0x55 │ 长度(2B)│ ADC数据(N×2字节)  │ CRC16  │
└──────┴──────┴────────┴──────────────────┴────────┘
```

- 帧头：`0xAA 0x55`
- 长度：uint16，样本数量（大端序）
- 数据：每个 ADC 样本占 2 字节（大端序，uint16）
- CRC16-IBM 校验（小端序）

## 波形实现

每种波形使用 128 点查找表（LUT），由 TIM2 定时中断驱动 DAC 循环输出：

| 波形 | 实现方式 |
|------|----------|
| 正弦波 | 预置 128 点 12-bit 正弦表，按幅度缩放 |
| 方波 | 前 64 点 = 满幅，后 64 点 = 0 |
| 三角波 | 线性递增 → 线性递减 |
| 锯齿波 | 线性递增，128 点后复位 |

频率计算公式：`f_out = SYSCLK / (prescaler + 1) / period / 128`

## 注意事项

1. PA5（DAC 输出）必须通过杜邦线连接到 PA1（ADC 输入），否则 ADC 采集不到信号
2. USART2 默认波特率为 921600，上位机连接时请确保 USB-UART 模块支持该速率
3. 如果频率设置过高导致波形失真，可调整 DAC/ADC 的 TIM prescaler 值
4. 建议使用带屏蔽的杜邦线或短引线，减少高频时的信号串扰