简介：这份资源是面向嵌入式初学者与电子竞赛备赛者的STM32F103C8T6简易示波器完整工程Demo，围绕ADC采样、定时器触发、串口传输与波形显示等核心环节，帮助读者理解如何用Cortex-M3内核微控制器搭建一套可运行的数字示波器原型，适合具备一定C语言与单片机基础、希望从理论走向实操的学习者。压缩包共298个文件、约8.56MB，以c与h源码、Keil工程文件（uvprojx、uvoptx）、编译中间产物（o、d、crf）及hex、axf固件为主，另含少量sct分散加载、bat脚本与map映射文件，工程结构完整，可直接导入IDE编译调试。目前已有2916人学习下载，说明该案例在同类项目中具备较高参考价值。读者可从中获得ADC与定时器协同配置思路、串口数据上传与上位机绘图链路、硬件输入电路与抗干扰设计要点，以及基于仿真器与日志的调试排错经验，便于二次开发与课程设计复用。
1. 一块十几块钱的蓝板子，怎么就成了桌面上的简易示波器
手头只有一块 STM32F103C8T6 最小系统板，想测个 PWM 占空比、看个传感器输出的波形，又不想搬出几千块的台式示波器——这个 demo 就是为这种场景准备的。它把 ADC 采样、定时器触发、TFT 屏幕刷新串成一条完整链路，让这块 48 脚的小芯片变成一个能看波形的简易示波器。适合谁？适合刚学完外设驱动、想找一个「能把多个模块串起来」的练手项目的嵌入式开发者，也适合需要低成本现场调试工具的一线人员。整个项目不依赖复杂算法库，核心就是采样时序和屏幕刷新的配合，代码量可控，改起来心里有底。
2. 技术选型与整体架构：为什么是 F103C8T6 加 TFT 这条路线
2.1 主控与显示的组合逻辑
STM32F103C8T6 是 Cortex-M3 内核，主频 72MHz，64KB Flash、20KB SRAM，片上带 2 个 12 位 ADC、多个通用定时器。做简易示波器，最吃紧的不是算力而是内存和采样带宽。12 位 ADC 单通道在规则组连续转换模式下，配合 DMA 搬运，能跑到接近 1Msps 的理论上限，实际受限于 ADC 时钟分频，稳定在几百 ksps 是现实的。显示部分常见做法是 1.8 寸或 2.4 寸 SPI TFT，分辨率 128×160 或 240×320，SPI 接口占用引脚少，刷一屏波形的时间在几十毫秒量级，对「看个大概波形」够用。
选这条路线的原因很直接：成本低、资料多、引脚够。F103C8T6 最小系统板十几块，SPI TFT 模块二十块上下，加起来不到一顿饭钱。代价是采样深度有限，20KB SRAM 里要分出一块给 ADC 缓冲区，再留出屏幕显存或直接写屏，缓冲区做 1024 点、每点 2 字节就是 2KB，剩下的空间还算宽裕。如果换成并口屏幕或者带显存的方案，引脚和内存都会紧张，所以 SPI 直写是更务实的选择。
2.2 模块划分与数据流
整个项目按职责拆成四块：采样前端、触发与缓冲、波形渲染、人机交互。数据流是单向的——ADC 在定时器触发下采样，DMA 把结果搬进环形缓冲区，主循环检测到一帧采满后做触发判断，满足条件就把缓冲区数据映射成屏幕坐标画出来，同时更新频率、幅值等参数显示。
/* 采样链路的核心配置：定时器触发 + ADC + DMA */ void scope_sample_init(void) { /* TIM2 作为触发源，更新事件驱动 ADC 启动转换 */ RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); TIM_TimeBaseInitTypeDef tim; tim.TIM_Prescaler = 72 - 1; /* 72MHz / 72 = 1MHz 计数频率 */ tim.TIM_Period = 100 - 1; /* 1MHz / 100 = 10kHz 采样率 */ tim.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM2, &tim); TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGO_Update); /* 更新事件作为 TRGO */ TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); /* ADC1 通道 0，外部触发来自 TIM2_TRGO */ RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitTypeDef gpio; gpio.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0; gpio.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; GPIO_Init(GPIOA, &gpio); ADC_InitTypeDef adc; ADC_StructInit(&adc); adc.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; /* 单次转换，由触发源启动 */ adc.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T2_TRGO; ADC_Init(ADC1, &adc); ADC_ExternalTrigConvCmd(ADC1, ENABLE); ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); /* DMA1 通道 1 搬运 ADC1 数据到缓冲区 */ RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); DMA_InitTypeDef dma; DMA_StructInit(&dma); dma.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&ADC1->DR; dma.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)adc_buf; dma.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; dma.DMA_BufferSize = ADC_BUF_SIZE; dma.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; dma.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; dma.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord; dma.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord; dma.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; /* 环形模式，持续覆盖 */ DMA_Init(DMA1_Channel1, &dma); DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE); ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE); }这段代码里几个参数决定了示波器的「手感」。TIM_Prescaler和TIM_Period共同决定采样率，上面配置是 10kHz，改TIM_Period就能调档，比如改成 10 就是 100kHz。DMA_Mode_Circular让缓冲区自动循环填充，主循环只需要看 DMA 的计数器或者用半满/全满中断来判断一帧是否采完。ADC_ContinuousConvMode = DISABLE是关键，如果开成连续转换，定时器触发就失去意义，采样率会变成 ADC 自己能跑多快就多快，波形时间轴就乱了。这是新手最容易翻车的地方之一。
2.3 触发机制与缓冲区设计
示波器能稳定显示波形，靠的是触发。没有触发，每帧波形起始相位随机，屏幕上就是一团左右晃动的线。这个 demo 的触发逻辑放在软件层：一帧采满后，从缓冲区里找第一个满足「上升沿穿越触发电平」的点，把该点作为绘制起点，这样波形就「钉」住了。
/* 软件触发：在缓冲区中寻找上升沿穿越触发电平的位置 */ uint16_t scope_find_trigger(const uint16_t *buf, uint16_t len, uint16_t level) { for (uint16_t i = 1; i < len; i++) { /* 前一点低于电平、当前点不低于电平，判定为上升沿 */ if (buf[i - 1] < level && buf[i] >= level) { return i; /* 返回触发点索引，作为绘制起点 */ } } return 0; /* 未找到触发，退化为从 0 开始绘制 */ }level是触发电平，通常取 ADC 满量程的一半（2048）或者根据信号幅值动态调整。返回的索引作为绘制起点，绘制时从该点开始取DRAW_POINTS个点映射到屏幕横坐标。缓冲区长度ADC_BUF_SIZE一般取 1024 或 2048，取 1024 时一帧 10kHz 采样对应 102ms 的时间窗，屏幕上横轴就是这 102ms。如果信号频率较高，一帧里周期数太多，波形会挤成一团，这时候要么提高采样率、要么缩短绘制点数，本质是调整「时基」。
3. 从零跑起来：工程搭建、烧录与屏幕点亮
3.1 工程结构与依赖
项目按标准外设库（SPL）组织，目录结构大致如下：
scope_demo/ ├── CMSIS/ # 内核头文件与启动文件 ├── STM32F10x_FWLib/ # 标准外设库源码 ├── User/ │ ├── main.c # 主循环与初始化调度 │ ├── scope.c/.h # 采样、触发、渲染核心逻辑 │ ├── tft.c/.h # SPI TFT 驱动（ILI9341 或 ST7735） │ └── stm32f10x_it.c # 中断服务函数 ├── Hardware/ │ ├── adc.c # ADC + DMA 配置 │ └── timer.c # 定时器触发配置 └── Project/ # Keil 或 Makefile 工程文件依赖只有标准外设库和屏幕驱动，不需要 RTOS。如果手头是 HAL 库的工程，把scope_sample_init里的 SPL 调用换成对应的HAL_ADC_Start_DMA、HAL_TIM_Base_Start即可，逻辑不变。屏幕驱动部分，常见做法是把tft.c里的初始化序列按实际屏幕型号替换，ILI9341 和 ST7735 的初始化命令不同，但画点、画线接口可以保持一致。
3.2 编译与烧录步骤
以 Keil MDK 为例，打开Project下的工程文件，确认器件选的是 STM32F103C8，输出选项里勾选生成 hex。编译前检查两个地方：一是stm32f10x_conf.h里是否使能了 ADC、DMA、TIM、SPI 对应的外设头文件；二是启动文件是否匹配（startup_stm32f10x_md.s，中容量）。烧录用 ST-Link，接线是 SWDIO、SWCLK、GND、3.3V 四根，Keil 的 Debug 设置里选 ST-Link Debugger，Flash Download 里勾选 Reset and Run。
# 如果用 Makefile + arm-none-eabi 工具链，编译和烧录命令大致如下 make clean && make # 生成 build/scope_demo.hex st-flash write build/scope_demo.hex 0x8000000 # ST-Link 烧录烧录后如果屏幕不亮，先查背光引脚是否拉高，再查 SPI 的片选、数据命令切换引脚是否接对。SPI TFT 模块的引脚命名各家不同，常见是 CS、DC、RST、MOSI、SCK，有的还带 MISO 但读显存用不上。接线错误是「屏幕全白或全黑」的头号原因，用万用表通断档逐个确认比反复改代码快得多。
3.3 第一次上电该看到什么
正常上电后，屏幕先清屏，然后画出坐标网格和一条水平基线，接着开始刷新波形。如果信号源接在 PA0 上（比如函数发生器输出一个 1kHz 正弦波，幅值 0～3.3V），屏幕上应该能看到稳定的正弦波形，顶部或底部有一行参数显示当前采样率和触发电平。如果波形左右滚动不停，说明触发没生效，检查scope_find_trigger的返回值是否被正确用作绘制起点；如果波形是一条直线，先确认 ADC 引脚上确实有信号，再查 DMA 是否真的在搬运（可以在调试器里看adc_buf的内容是否变化）。
提示：第一次调试建议先把采样率设低（比如 1kHz），用信号发生器给一个 100Hz 方波，波形在屏幕上占几个格子，肉眼容易判断对错。等链路通了再往上调采样率。
4. 核心代码拆解：采样、触发、渲染三段链路
4.1 采样时序：定时器与 ADC 的配合细节
采样率精度直接决定波形时间轴的可信度。用定时器 TRGO 触发 ADC 的好处是采样间隔由硬件保证，不受主循环里其他任务影响。上面scope_sample_init里TIM_Prescaler = 71、TIM_Period = 99，算下来更新频率是 72MHz / 72 / 100 = 10kHz。这里有个容易忽略的点：TIM_SelectOutputTrigger(TIM2, TIM_TRGO_Update)必须在TIM_Cmd之前调用，顺序反了触发信号出不来，ADC 永远等不到启动事件，缓冲区一直是初值。这种时序问题不会报错，只会表现为「采不到数据」，排查时容易怀疑到 ADC 配置上去。
另一个细节是 ADC 的采样时间。ADC_RegularChannelConfig里要设ADC_SampleTime，信号源内阻大时采样时间要拉长，否则采样电容充不满，读数偏低。常见做法是先用ADC_SampleTime_55Cycles5，如果发现幅值明显偏小再往上调。ADC 时钟也不能超过 14MHz，RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6)在 72MHz 主频下得到 12MHz，是安全值。
4.2 触发与帧同步：让波形「站住」
软件触发的实现上面给了核心函数，实际使用时还要处理「触发点太靠后导致绘制点数不够」的情况。如果触发点索引接近缓冲区末尾，从该点往后取不满一屏的点，常见做法是回绕到缓冲区开头继续取，或者干脆丢弃这一帧等下一帧。前者实现简单但波形首尾可能不连续，后者更干净但刷新率略降。demo 里一般选回绕，因为环形缓冲区本身就是循环的，回绕取点符合直觉。
/* 从触发点开始取点绘制，处理缓冲区回绕 */ void scope_draw_wave(const uint16_t *buf, uint16_t len, uint16_t trig_idx) { uint16_t points = SCOPE_DRAW_POINTS; /* 屏幕横向可绘制的点数 */ for (uint16_t x = 0; x < points; x++) { uint16_t idx = (trig_idx + x) % len; /* 回绕取索引 */ uint16_t val = buf[idx]; /* ADC 值 0~4095 映射到屏幕纵向像素，注意 y 轴方向 */ uint16_t y = SCOPE_Y_BOTTOM - (val * SCOPE_Y_RANGE) / 4096; tft_draw_pixel(SCOPE_X_START + x, y, SCOPE_WAVE_COLOR); } }SCOPE_DRAW_POINTS要和屏幕宽度匹配，128 宽的屏取 120 左右留边距。SCOPE_Y_RANGE是纵向可用的像素高度，映射公式里先乘后除避免整数溢出。SCOPE_Y_BOTTOM是波形区的底边 y 坐标，因为屏幕坐标原点在左上角，ADC 值越大 y 越小，所以用减法。这段代码每帧执行一次，120 个点逐个画像素，SPI 屏在 18MHz 时钟下刷一帧大约十几毫秒，加上采样等待，整体刷新率在 20～30 帧每秒，肉眼看着是连续的。
4.3 渲染优化：局部刷新与网格分离
如果每帧都清屏重画网格，闪烁会很明显，而且浪费时间。常见做法是把网格画一次就不动了，每帧只刷新波形区域——先用背景色把上一帧的波形「擦掉」，再画新波形。擦除和绘制用同一套坐标映射，保证覆盖区域一致。
/* 局部刷新：先擦旧波形再画新波形，网格保持不动 */ void scope_refresh(const uint16_t *buf, uint16_t len, uint16_t trig_idx) { /* 用背景色重绘波形区，相当于擦除上一帧 */ tft_fill_rect(SCOPE_X_START, SCOPE_Y_TOP, SCOPE_DRAW_POINTS, SCOPE_Y_RANGE, SCOPE_BG_COLOR); /* 重画网格线（如果网格在波形区内） */ scope_draw_grid(); /* 绘制新波形 */ scope_draw_wave(buf, len, trig_idx); }tft_fill_rect用 SPI 连续写像素，比逐点画快很多。网格如果和波形区重叠，擦除后要补画，所以scope_draw_grid放在填充之后。如果屏幕支持硬件滚动或者有显存，可以做得更精细，但 F103C8T6 的 RAM 不足以开全屏显存（240×320×2 字节就是 150KB，远超 20KB），所以直写屏幕是唯一现实的选择。这也意味着刷新过程中屏幕会有短暂撕裂，对「看个大概」的场景可以接受，追求更好效果就得换带显存的方案或者降低刷新区域。
5. 避坑与排查：那些让波形不出来的常见问题
5.1 现象：屏幕有网格但波形是一条直线
原因通常是 ADC 没采到数据或者 DMA 没启动。先查ADC_DMACmd和DMA_Cmd是否都调用了，两者缺一不可；再查ADC_ExternalTrigConvCmd是否使能，外部触发不开的话 ADC 不会响应定时器事件。还有一个隐蔽的点：ADC 上电后需要校准，ADC_ResetCalibration和ADC_StartCalibration没做的话读数可能偏差很大甚至卡住。解决方法是初始化末尾补上校准流程，并等待校准完成标志。
5.2 现象：波形左右晃动，触发像没生效
先确认scope_find_trigger的返回值确实传给了绘制函数，而不是被局部变量覆盖。再检查触发电平是否落在信号幅值范围内——如果信号是 0～1V，触发电平设成 2048（对应 1.65V），永远找不到穿越点，函数返回 0，波形自然不稳。解决方法是把触发电平做成可调，或者根据缓冲区最大值最小值动态取中点。另外，如果信号噪声大，单点比较容易误触发，可以加一个简单的滞回：上升沿要求前一点低于level - hys、当前点高于level + hys。
5.3 现象：提高采样率后波形变形或丢点
采样率提高后，DMA 搬运频率上升，如果主循环里刷屏耗时太长，可能出现「一帧还没画完下一帧已经采满」的情况，环形缓冲区被覆盖，画出来的波形是拼接的。解决方法是双缓冲：开两块缓冲区，DMA 填 A 的时候主循环画 B，用半满/全满中断切换。F103C8T6 的 RAM 做两块 1024 点缓冲（共 4KB）没问题。另一个原因是 SPI 刷屏太慢，可以降低绘制点数或者提高 SPI 时钟（注意屏幕手册的上限）。
5.4 现象：烧录后程序不运行，或运行一次就停
先查启动文件是否匹配容量，中容量芯片用md后缀的启动文件，用错会进 HardFault。再查SystemInit里的时钟配置，外部晶振没起振时程序会卡在等待 HSERDY 的循环里，表现就是「不运行」。如果板子上没焊晶振，改用内部 HSI 也能跑，但采样率计算要按 8MHz 重新算分频。还有一种情况是中断向量表偏移没设对，如果用了 bootloader 或者程序起始地址不是 0x8000000，要在main开头调NVIC_SetVectorTable。
注意：调试时善用调试器的「Live Watch」看
adc_buf前几个元素是否在变，比反复烧录猜问题快得多。缓冲区不变就查采样链路，缓冲区在变但屏幕不对就查渲染链路，二分定位能省很多时间。
6. 二次开发：把 demo 改成顺手的工具
这个 demo 的骨架清晰，改造空间主要在三个方向：时基与幅值档位、触发模式、数据导出。时基档位就是把TIM_Period做成可切换的数组，按键切换时重新配置定时器并更新屏幕上的时间刻度显示；幅值档位对应纵向缩放，改SCOPE_Y_RANGE或者在前端加运放切换增益。触发模式可以从「自动」扩展到「正常」和「单次」：自动模式下找不到触发就从 0 画，正常模式下等触发才刷新，单次模式捕获一帧后停止。实现上就是给scope_find_trigger的返回值加个状态判断，主循环里根据模式决定是否调用scope_refresh。
数据导出是个实用改造。F103C8T6 有 USART，把缓冲区数据按文本或二进制格式发到串口，上位机存成 CSV 就能做离线分析。发送时注意别和采样抢时间，常见做法是暂停采样、发完再恢复，或者用 DMA 串口发送。下面是一个简单的串口导出片段：
/* 通过 USART1 把一帧采样数据以 CSV 格式发出，便于上位机分析 */ void scope_export_csv(const uint16_t *buf, uint16_t len) { char line[16]; for (uint16_t i = 0; i < len; i++) { int n = sprintf(line, "%u\r\n", buf[i]); /* 每行一个采样值 */ for (int j = 0; j < n; j++) { while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET); USART_SendData(USART1, line[j]); } } }sprintf在嵌入式里开销不小，点数多时建议换成自己写的整数转字符串，或者直接发二进制、上位机按字节解析。串口波特率至少 115200，否则 1024 个点发完要好几秒。导出前记得暂停定时器，不然发送过程中缓冲区还在被 DMA 改写，发出去的数据前后不一致。
改造时我习惯先动「参数层」再动「逻辑层」：先把采样率、绘制点数、触发电平这些做成宏或者结构体字段，确认改参数能生效，再去改触发和渲染的逻辑。这样每次改动的影响面可控，出了问题也容易回退。从那以后我每次给这类 demo 加功能，都强制先把参数抽出来、跑一遍原始波形确认基线没坏，再往上叠新逻辑——血泪经验是，跳过这步直接改渲染，最后往往分不清是采样错了还是画错了。希望帮到你。
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