第9章 示波器设计—自动触发和普通触发
自带触发和普通触发是示波器设计中比较重要的两个功能，本章节为大家讲解二代示波器中自动触发和普通触发的实现。
9.1 自动触发
9.2 普通触发
9.3 总结
9.1 自动触发
由于示波器模拟前端模块稍有些问题，所以自动触发功能是用软件实现的。软件实现自动触发比较容易实现，具体的实现代码如下：
/* 通过软件检测实现上升沿触发，并保留最后600的数据不做检测，用于直接显示 2048-600 = 1448; */ j = 0; for(i = 0; i < 1448; i++) { j++; if((g_DSO1->usWaveBufTemp[i] > g_TrigVol->usTrigValue) && (g_DSO1->usWaveBufTemp[i+1] < g_TrigVol->usTrigValue)) { break; } }
g_DSO1->usWaveBufTemp是2048个ADC数据的缓冲区，g_TrigVol->usTrigValue是上升沿触发值。for循环的作用就是从1448个数据中找到满足触发值的位置，判断方法也比较简单，大于前一个值小于后一个值即可。
保留600个数据是因为这个大小是波形显示区一次可以显示的波形个数。如果从前2048-600 = 1448个数据中检索不到满足要求的数据将不再检索，直接显示末尾的600个数据，如果检测到将直接从for循环里面退出。
这个方法在实际测试中比较好用，另外上升沿阀值的判断还不够严谨，大家有兴趣可以继续完善下。
9.2 普通触发
普通触发的实现是基于ADC的模拟看门狗功能，通过设置不同看门狗阀值实现不同的触发电压。由于使能了看门狗中断，检测到外部触发电压后会进入ADC模拟看门狗中断。在中断里面判断是否是上升沿触发，如果是的话，会关闭模拟看门狗中断并开启一个定时器计数功能，目的是为了采集这个触发电压前后各1024个ADC数据，基本的实现思路就是这个样子的。
下面把实际的实现为大家做个说明：
第1步：将ADC3配置使能模拟看门狗功能。
/*ADC3的配置*****************************************************************/ ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_Rising; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC3; ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1; /* ADC3 规则通道配置 */ ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure); ADC_RegularChannelConfig(ADC3, ADC_Channel_10, 1, ADC_SampleTime_3Cycles); /* 使能 ADC3 DMA */ ADC_DMACmd(ADC3, ENABLE); /* 配置模拟看门狗的阀值 注意别配置反了，要不一直进入中断 */ ADC_AnalogWatchdogThresholdsConfig(ADC3, 4095, 0); /* 配置模拟看门狗监测ADC3的通道10 */ ADC_AnalogWatchdogSingleChannelConfig(ADC3, ADC_Channel_10); /* 使能一个规则通道的看门狗 */ ADC_AnalogWatchdogCmd(ADC3, ADC_AnalogWatchdog_SingleRegEnable); /* 使能模拟看门狗中断 */ ADC_ITConfig(ADC3, ADC_IT_AWD, ENABLE); /* 使能DMA请求 -------------------------------------------------------------*/ ADC_DMARequestAfterLastTransferCmd(ADC3, ENABLE); /* Enable ADC3 --------------------------------------------------------------*/ ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);
特别注意函数ADC_AnalogWatchdogThresholdsConfig的设置，因为是12位分辨率的ADC，最大值就是2^12 – 1 = 4095，这里设置为4095表示超过4095才会触发模拟看门狗中断，由于已经是最大值了，所以不会触发模拟看门狗中断。
第2步：模拟看门狗中断。
达到设置的模拟看门狗触发值会进入到这个中断里面。
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: ADC_IRQHandler
* 功能说明: 模拟看门狗中断服务程序。
* 形 参: 无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void ADC_IRQHandler()
{
/* 读取DMA剩余要传输的数目 */
g_usTrigCount = DMA2_Stream1->NDTR;
/* 确认是否是ADC3的看门狗中断 */
if((ADC3->SR)&0x01)
{
/* 取触发值的前一个点，查看是否是在阀值范围内，从而判断是上升沿还是下降沿 */
if(g_usTrigCount == 10240)
{
/* 剩余10240表示触发值是ADC3ConvertedValue[10239]是触发值，那么上一个点就是10238 */
g_usTrigTempFlag = ADC3ConvertedValue[10238];
}
else if(g_usTrigCount == 10239)
{
/* 剩余10239表示触发值是ADC3ConvertedValue[0]是触发值，那么上一个点就是10239 */
g_usTrigTempFlag = ADC3ConvertedValue[10239];
}
else
{
/* 剩余10239表示触发值是ADC3ConvertedValue[0]是触发值，那么上一个点就是10239 */
g_usTrigTempFlag = ADC3ConvertedValue[10238 - g_usTrigCount];
}
/* 判断是否是上升沿，是的话开启定时器记录ADC数据 */
if(g_usTrigTempFlag <= g_TrigVol->usTrigValue)
{
/* 关闭ADC3的看门狗中断 */
ADC3->CR1 &= 0xffffffbf;
TriggerFlag = 1;
/* 启动定时器计数 */
TIM8->CR1 |= 0x01;
}
/* 清除挂起标志 */
ADC3->SR &= 0xfe;
}
}
进入到这个中断后，主要做了一件事，判断是否是上升沿，如果是上升沿的话，将关闭模拟看门狗并开启定时器测量功能。也就是下面第3步要讲解的。
第3步：初始化一个定时器做时间测量，表示检测到触发值后记录一段时间的波形。
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM8_MeasureTrigConfig * 功能说明: 使用TIM8为普通触发模式下数据采集计时，定时采集触发值前后的1024个ADC数据 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ /* 每次捕获采集触发值前后的1024个ADC数据(单通道)。 */ const uint32_t g_TrigFreqTable[][2] = { {60, 1024}, //2.8Msps 168000000/2800000 = 60 => 60 * 1024 {84, 1024}, //2Msps 168000000/2000000 = 84 => 84 * 1024 {168, 1024}, //1Msps 168000000/1000000 = 168 => 168 * 1024 {336, 1024}, //500Ksps 168000000/500000 = 336 => 336 * 1024 {840, 1024}, //200Ksps 168000000/200000 = 840 => 840 * 1024 {1680, 1024}, //100Ksps 168000000/100000 = 1680 => 1680 * 1024 {3360, 1024}, //50Ksps 168000000/50000 = 3360 => 3360 * 1024 {8400, 1024}, //20Ksps 168000000/20000 = 8400 => 8400 * 1024 {16800, 1024}, //10Ksps 168000000/10000 = 16800 => 16800 * 1024 {33600, 1024}, //5Ksps 168000000/5000 = 33600 => 33600 * 1024 /* 下面5种采样频率下刷新较慢，因为采集前后1024个ADC的时间较长 */ {42000, 2048}, //2Ksps 168000000/2000 = 84000 => 84000 * 1024 {42000, 4096}, //1Ksps 168000000/1000 = 168000 => 168000 * 1024 {42000, 8192}, //500sps 168000000/500 = 336000 => 336000 * 1024 {42000, 20480}, //200sps 168000000/200 = 840000 => 840000 * 1024 {42000, 40960}, //100sps 168000000/100 = 1680000 => 1680000 * 1024 /* 下面这几种采样率不做触发支持 */ {42000, 40960}, //50sps {42000, 40960}, //20sps {42000, 40960}, //10sps {42000, 40960}, //5sps {42000, 40960}, //2sps {42000, 40960}, //1sps }; void TIM8_MeasureTrigConfig(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_BaseInitStructure; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 开启时钟 */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM8, ENABLE); /* 加上第一次进入中断的标志，进入中断后将其置1 */ g_usFirstTimeIRQFlag = 0; /* 使能定时器8中断 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM8_UP_TIM13_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); /* 定时器配置 */ TimeBaseId = 1; /* 开机后按照ADC单通道1Msps进行配置 */ TIM_DeInit(TIM8); TIM_BaseInitStructure.TIM_Period = g_TrigFreqTable[TimeBaseId][0] - 1; TIM_BaseInitStructure.TIM_Prescaler = g_TrigFreqTable[TimeBaseId][1] - 1; TIM_BaseInitStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_BaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM8, &TIM_BaseInitStructure); TIM_ITConfig(TIM8, TIM_IT_Update, ENABLE); TIM_Cmd(TIM8, DISABLE); } /* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: Time8Recorder * 功能说明: 使用TIM8为普通触发模式下数据采集计时，定时采集触发值前后的1024个ADC数据 * 形 参：无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ static void Time8Recorder(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_BaseInitStructure; /* 加上第一次进入中断的标志 */ g_usFirstTimeIRQFlag = 0; TIM_DeInit(TIM8); TIM_BaseInitStructure.TIM_Period = g_TrigFreqTable[TimeBaseId][0] - 1; TIM_BaseInitStructure.TIM_Prescaler = g_TrigFreqTable[TimeBaseId][1] - 1; TIM_BaseInitStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_BaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM8, &TIM_BaseInitStructure); TIM_ITConfig(TIM8, TIM_IT_Update, ENABLE); TIM_Cmd(TIM8, DISABLE); }
首先讲解数组g_TrigFreqTable的作用，因为不同采样率下，采样1024个数据时间是不同的，所以我们就要将定时器设置为不同的参数配置，以此实现这段时间内采集1024个数据（也许有读者会问，我们不是要采集2048个数据吗，为什么这里只采集了1024个。原因在于另外1024个数据直接从这个触发值所在位置的前面获取即可，也就是已经采集的，最近的1024个数据）。比如第一组是60和1024，他的作用就是将定时器结构体成员配置为：
TIM_BaseInitStructure.TIM_Period = 60 – 1
TIM_BaseInitStructure.TIM_Prescaler = 1024 – 1
那么定时器的更新周期 = TIMCLK / （TIM_Period + 1）/（TIM_Prescaler + 1）= TIMCLK/60/1024。到了这个时间后，就会进入到定时器中断，也就是在这个采样率下，已经完成了1024个数据的采集。其它采样率的参数配置同理。具体取值不限制，只要大家的配置满足采集了1024个数据即可。
这个理解了，其它的就是TIM8的配置，这个就相对容易些，我们这里就不做介绍了。另外特别注意变量标志g_usFirstTimeIRQFlag，下一步里面会说明为什么要做这个。
第4步：也是最后一步，测量时间到后，进入到定时器中断。
进入到定时器中断后，要关闭定时器，并将触发值前后各1024个采样数据从缓冲区中提取出来。具体实现代码如下：
/* ********************************************************************************************************* * 函 数 名: TIM8_UP_TIM13_IRQHandler * 功能说明: 定时器中断函数 * 形 参: 无 * 返 回 值: 无 ********************************************************************************************************* */ void TIM8_UP_TIM13_IRQHandler(void) { uint16_t i, k, usCurPos; /* 第一次进入TIM8中断执行退出操作，因为定时器更新中断有个小bug， 一旦初始化了定时器并且使能中断就会有立即进入一次中断的情况，为了防止这种情况的 出现，作如下操作： */ if(g_usFirstTimeIRQFlag == 0) { g_usFirstTimeIRQFlag = 1; TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_Update); /* 如果是第一次进入就退出 */ return; } /* 定时器时间中断 */ if (TIM_GetITStatus(TIM8, TIM_IT_Update) != RESET) { /* 先关闭定时器 */ TIM_Cmd(TIM8, DISABLE); /* 确保开启的定时器计时采集ADC数据 */ if(TriggerFlag == 1) { /* 定时器采集ADC数据结束 */ TriggerFlag = 2; /* 开启定时器计数前DMA传输数据的位置 */ usCurPos = 10240 - g_usTrigCount; /* 下面分为三种情况获取2K的数据(三通道，单通道就是前后1024个ADC数据)： 1. 当前的位置 < 1024. 2. 1024 <= 当前的位置 <= 10240 - 1024(9216) 3. 当前位置 > 10240 - 1024(9216) */ /* 第一种情况：当前的位置 < 1024. */ if(usCurPos < 1024) { k = 1024 - usCurPos; usCurPos = 10240 - k; /* 前部分数据 */ for(i = 0; i < k; i++) { g_DSO1->usWaveBufTemp[i] = ADC3ConvertedValue[i+usCurPos]; } usCurPos = i; k = 10240 - g_usTrigCount + 1024; /* 后部分数据 */ for(i = 0; i < k; i++) { g_DSO1->usWaveBufTemp[i + usCurPos] = ADC3ConvertedValue[i]; } } /* 第三种情况：当前位置 > 10240 - 1024(9216) */ else if(usCurPos > 9216) { usCurPos = usCurPos - 1024; /* 采集前1024+g_usTrigCount的数据 */ for(i = 0; i < (g_usTrigCount + 1024); i++) { g_DSO1->usWaveBufTemp[i] = ADC3ConvertedValue[i+usCurPos]; } k = i; usCurPos = (1024 - g_usTrigCount); /* 剩余数据的采集 */ for(i = 0; i < usCurPos; i++) { g_DSO1->usWaveBufTemp[i + k] = ADC3ConvertedValue[i]; } } /* 第二种情况：1024 <= 当前的位置 <= 10240 - 1024(9216) */ else { usCurPos = usCurPos - 1024; for(i = 0; i < 2048; i++) { g_DSO1->usWaveBufTemp[i] = ADC3ConvertedValue[i+usCurPos]; } } } TIM_ClearITPendingBit(TIM8, TIM_IT_Update); } }
变量标志g_usFirstTimeIRQFlag的作用就是代码前面的注释，第一次进入TIM8中断执行退出操作，因为定时器更新中断有个小bug，一旦初始化了定时器并且使能中断就会有立即进入一次中断的情况，为了防止这种情况而做的这个变量。
定时器中断里面最重要的功能还是从10240大小的缓冲区里面提取2048个采样数据，代码里面分为三种情况进行实现：
1. 当前的位置 < 1024。
2. 1024 <= 当前的位置 <= 10240 - 1024(9216)。
3. 当前位置 > 10240 - 1024(9216)。
具体实现需要大家拿笔实际计算下，捋一遍基本就都明白了，我们这里就不做说明了。
9.3 总结
本章为大家讲解的普通触发更适合做波形故障记录，如果波形触发速度太快了，有点处理不过来，因为我们需要记录2048个数据，大家可以根据实际需要调整记录的大小。