「AI編程記錄--含源碼」用一晚上的時間寫一個esp32的示波器

先疊buff，這是玩具！玩具！玩具！

這是一個使用一晚上時間，指揮AI智能體實現的esp32示波器。這個也只是玩具級的demo。適配了lvgl，使用lvgl的劃線功能繪制圖像。代碼默認開啟GPIO0作為輸入通道，50KHz的采樣率，自動識別輸入波形的頻率，然后再截取固定相位的波形顯示在屏幕上（3個周期）。 

背景：

已有條件：ESP32-C6 + ST7789T LCD (320×172 橫屏已配好) + LVGL 已能正常顯示（直接拿微雪或者其他成品代碼給AI作參考適配就行了，不要閑著沒事兒干丟屏驅芯片的手冊，讓AI給你寫驅動）。 目標：實現簡易示波器，ADC 采樣率 50KHz，GPIO0 模擬輸入。

數據流

ADC 采樣(50KHz) → 觸發(穩住波形) → 測量(頻率+幅度) → LVGL 顯示(波形+數字)

步驟 1：ADC 采樣 + 校準

做什么

用 ESP-IDF 連續 ADC 驅動持續采集 GPIO0 的模擬信號，校準后以 mV 單位輸出。

具體步驟

1. 新建  組件
• osc_adc.c
• include/osc_adc.h
• components/oscilloscope/
2. 配置連續 ADC：ADC1_CH0 (GPIO0)，12bit，ADC_ATTEN_DB_12，50KHz
3. 分配環形緩沖區 8192 采樣點（163ms @50KHz，兼顧 10Hz~25kHz）
4. 初始化時調用  創建校準句柄
• adc_cali_create_scheme_curve_fitting()
5. 提供  接口：拷貝緩沖區并逐樣本調用  轉為 mV
• adc_cali_raw_to_voltage()
• osc_adc_snapshot(buf, max)
6. 在  中初始化 ADC，循環調用 snapshot，通過  打印前 20 個值
• ESP_LOGI
• app_main

驗收

•  編譯燒錄，串口持續輸出采樣值
•  GPIO0 接 GND → 打印值 ≈ 0mV
•  GPIO0 接 3.3V → 打印值 ≈ 2500~3300mV（C6 滿量程不是 3.3V）
•  接 1kHz 正弦波 → 數據有明顯周期性高低變化

自己做這一部分的驗收工作，確認adc連續采樣已經可以工作了。

步驟 2：邊沿觸發

做什么

在采樣數據中找到上升過中點的位置，讓波形從固定相位開始，顯示不漂移。

具體步驟

1. 在 oscilloscope 組件中新建  和 
• osc_trigger.c
• include/osc_trigger.h
2. 實現函數：遍歷數據找第一個  的索引
• data[i] >= mid && data[i-1] < mid
3. mid 由調用者傳入（通常為 ）
• (min + max) / 2
4. 找不到時返回 
• found=false
5. 在主循環中：觸發成功則從觸發點取數據，失敗則取緩沖區末尾

驗收

•  主循環：snapshot → 觸發 → 打印觸發位置
•  接正弦波，串口持續輸出觸發索引，值應在合理范圍內跳動
•  后續接上波形顯示后，波形應穩定不左右滾動

步驟 3：Vpp 測量

做什么

從一段采樣數據中算出峰峰值電壓。

具體步驟

1. 在 oscilloscope 組件中新建  和 
• osc_measure.c
• include/osc_measure.h
2. 實現測量函數：遍歷數據找 min_mV 和 max_mV
3. 單位為伏特
• Vpp = (max_mV - min_mV) / 1000.0
4. 在主循環中調用，通過  打印 Vpp
• ESP_LOGI

驗收

•  接 1kHz 正弦波（信號發生器設置 1Vpp）→ 打印 Vpp ≈ 1.0V
•  接 1kHz 方波（信號發生器設置 3Vpp）→ 打印 Vpp ≈ 3.0V
•  誤差 < 10%

步驟 4：頻率測量 — 過零點法

做什么

統計上升過中點的次數和間距，計算基波頻率。

具體步驟

1. 在  中增加過零點測頻函數
• osc_measure.c
2. 找信號 min/max，計算中點 mid
3. 收集最多 64 個上升過零點位置（）
• data[i] >= mid && data[i-1] < mid
4. 計算相鄰過零點間距的平均值 → 平均周期
5. 頻率 = 采樣率 / 平均周期
6. 不足 2 個過零點時返回 0（無效）
7. 在主循環中調用， 打印頻率
• ESP_LOGI

驗收

•  1kHz 正弦波 → 打印 ≈ 1000Hz，誤差 < 5%
•  100Hz 正弦波 → 打印 ≈ 100Hz
•  10kHz 正弦波 → 打印 ≈ 10000Hz
•  535Hz 方波 90%占空比 → 打印 ≈ 535Hz（不會誤判為 1070Hz 二次諧波）

注意

• < 200Hz 時頻率讀數會跳變（163ms 緩沖區內周期數太少），這是正常的，后續可用多幀平滑改善

步驟 5：頻率測量 — FFT（可選 fallback）

做什么

為過零點失敗的場景提供備選頻率檢測。此步驟可選，過零點法已覆蓋絕大多數場景。

具體步驟

1. 在 oscilloscope 組件中新建  和 
• osc_fft.c
• include/osc_fft.h
2. 實現 512 點 Cooley-Tukey FFT：bit_reverse + 蝶形運算
3. 實現 magnitude 計算：
• sqrt(re2 + im2)
4. 在 measure 中：對數據加 Hann 窗后送入 FFT
5. 搜索峰值時跳過 bin 0-3（DC 泄漏區）
6. 拋物線插值提高頻率精度
7. 測量策略：過零點優先，FFT 僅在過零點返回 0 時使用

驗收

•  過零點失敗時（如噪聲信號），FFT 仍能給出近似頻率
•  1kHz 正弦波 FFT 結果 ≈ 1000Hz

注意

• fft_len 必須是 2 的冪
  否則 bit_reverse 死循環。用  計算
• while (n*2 <= limit) n*=2
• ESP32-C6 無 FPU，2048 點 FFT 會觸發看門狗，限制在 512 點
• 方波的二次諧波比基波還強時 FFT 會誤判，所以過零點必須是主方案

步驟 6：波形顯示 — 基礎版

做什么

在 LVGL 上畫出波形，先實現最簡單的版本：直接顯示采樣數據，不做周期縮放。

具體步驟

1. 在 oscilloscope 組件中新建  和 
• osc_ui.c
• include/osc_ui.h
2. 初始化：設置屏幕黑色背景，創建  對象
• lv_line
3. 分配  靜態數組
• lv_point_t[320]
4. 更新函數：將 320 個采樣點映射到屏幕坐標
• y = disp_h - 1 - (mV × disp_h / 3300)
• X = 采樣索引 (0~319)
• Y = 翻轉映射：，高電壓在頂部
5. 底部預留 16px 不畫波形（留給文字）
6. 主循環中調用  + ，間隔 50ms
• lv_timer_handler()
• osc_ui_update()

驗收

•  接 1kHz 正弦波 → 屏幕上能看到綠色波形
•  波形幅度隨信號發生器電壓變化而變化
•  接 5kHz 信號 → 波形變密（周期多），但仍能看到

步驟 7：固定 3 周期顯示

做什么

根據測量的周期，自動縮放波形，始終顯示 3 個完整周期。

具體步驟

1. 在  的 info 結構體中增加  字段
• period_samples
• osc_ui.h
2. 在  中計算：
• period_samples = sample_rate / frequency + 0.5
• osc_measure.c
3. UI 更新函數中：
• src_len > wave_len
• src_len = wave_len
• src_len = period_samples × 3
• 計算要顯示的采樣數：
• 如果 ，則 （數據不夠就全顯示）
4. 用線性插值將 src_len 個采樣重采樣到 320 像素：
• frac = i × (src_len-1) / 319
• 對每個像素 i，計算對應的采樣索引 
• 取相鄰兩個采樣點線性插值
5. 將插值結果映射到 Y 坐標

驗收

•  1kHz 正弦波 → 屏幕上恰好 3 個完整周期
•  切換到 5kHz → 仍然 3 個周期
•  切換到 100Hz → 仍然 3 個周期
•  10kHz 信號 → 仍然 3 個周期

注意

•  可能小于 320（高頻時），這是正常的，插值會拉伸，不需要加  的限制
• >= 320
• period_samples × 3

步驟 8：參考線 + 信息文字

做什么

疊加 1.65V 參考線和頻率/Vpp 數字顯示。

具體步驟

1. 創建第二條  作為參考線，水平畫在  位置（1.65V），顏色暗青色
• y = disp_h/2
• lv_line
2. 創建  底部居中對齊，綠色文字，字體 
• lv_font_montserrat_14
• lv_label
3. 格式：（頻率和 Vpp 之間 4 個空格）
• "%.0fHz %.2fVpp"
4. 頻率 >= 1000 時用  格式
• "%.2fkHz"
5. 無效頻率時顯示 
• "---"

驗收

•  屏幕上有一條暗色水平參考線
•  底部居中顯示綠色文字，如 
• 1.00kHz 1.50Vpp
•  頻率和幅度隨信號變化實時更新

步驟 9：整合主循環

做什么

將所有模塊串聯到的主循環中。

• main/main.c