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1.1 简介

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图1.1 套件实物图

基于Arm Cortex M0+内核的LPC824/STM32G031为核心处理器,制作了一款能够采集100KHz以内模拟信号和麦克风做信号源的音频信号采集及处理的简易示波器DIY套件。在此文档中,我们将详细介绍STM32G031版本的简易示波器DIY套件。基于ST的STM32G031的MCU核心模块,是在LPC824版本的基础上做了简单的升级,在模块上引出了6个通道的模拟输入,跟原来的LPC824模块管脚兼容,但STM32G031核心模块多了4个数字的IO管脚(在本简易示波器的扩展底板上为附加的功能),其性能也有增强:

  • 同样是Cortex M0+内核,其主频工作达到64MHz,比LPC824提升了一倍;
  • 12位的ADC可以工作在2Msps,具有更高的采样率,因此支持的模拟信号带宽也可以提升一倍;
  • STM32G031内部的定时器可以工作在128MHz,可以输出更高频率的PWM信号,通过DDS+PWM的方式能够产生的任意波形输出的频率也就可以更高。

除了新的核心处理模块性能增强之外,本套件的主板也做了简单的升级(参见下面的PCB图):

  • 板上的Mic电路在送到ADC之前增加了一级运放跟随器,使得其送往ADC端口的模拟信号直流偏移为STM32G031供电电压的中间位置,也就是3.3V/2 = 1.65V,且不再受MCU的ADC输入阻抗的影响,这样在ADC量化的时候音频电路的模拟信号范围可以围绕1.65V为中心上下摆动,量化后的数字量也可以围绕2047上下摆动;

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图1.2 ADC量化

  • 对外的连接改为4个管脚的插针,除了3.3V、GND(可以为外扩的电路板提供电压)、Ain外部模拟信号输入(0-3.3V)之外,又增加了一个Aux管脚,它通过一个RC网络连接到核心模块的一个输出管脚,可以通过PWM产生任意波形的信号,RC作为滤波器,从而在Aux上得到模拟信号波形,如果去掉C、R=0ohm,则Aux就可以作为通用的数字IO使用,当Aux作为输出测试信号使用的时候,用跳线帽连接Ain/Aux可以进行闭环测试、开发;
  • 在对应于核心板模块的Pin6、7、8、9、10、11包围的区域没有敷铜和走线,这是为了支持有无线功能的BLE或未来的WiFi模块,如果将无线模块直接焊接在底板上,挖空的区域不会影响到这些无线模块的性能。

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图1.3 MiniScope V2.0 PCB板图