СХЕМА.RU - Радиолюбительский портал » Схемы » Измерения » Осциллограф на микроконтроллере AVR

Осциллограф на микроконтроллере AVR

6-02-2014, 16:28 От: admin Посмотрели: 3512

Проект Xprotolab, разработанный компанией Gabotronics, являющийся миниатюрным измерительным прибором с богатым набором функций и возможностей, построен на микроконтроллере компании Atmel семейства AVR XMEGA. Для визуализации данных, организации пользовательского интерфейса и меню управления используется графический OLED дисплей с разрешением 128×64 точки с широким углом обзора. Все электронные компоненты и органы управления размещаются на двухсторонней печатной плате, размеры которой не превышают 25.4 мм × 40.64 мм. Кроме того, проект может использоваться в качестве отладочной платы для микроконтроллеров семейства AVR XMEGA.

Миниатюрный осциллограф на ATXMEGA32

Отличительные особенности устройства:

  • основа устройства – микроконтроллер ATXMEGA32A4:
    • Flash-память программ - 32 КБайт;
    • SRAM - 4 КБайт;
    • EEPROM – 1КБайт;
  • режимы работы:
    • осциллограф смешанных сигналов;
    • генератор сигналов произвольной формы;
    • 8-канальный логический анализатор;
    • анализатор спектра;
  • возможность одновременной работы генератора и осциллографа;
  • графический OLED дисплей, размер 0.96'', разрешение 128×64 точки;
  • PDI интерфейс для программирования и отладки;
  • управление с помощью 4-кнопочной клавиатуры;
  • USB коннектор для питания устройства (в дальнейшем программная реализация USB интерфейса).

Спецификация измерительного прибора:

  • осциллограф:
    • 2 аналоговых канала;
    • 8 цифровых каналов;
    • аналоговая полоса пропускания - 318 кГц;
    • максимальная скорость выборки - 2 Msps;
    • разрешение - 8 бит;
    • аналоговая синхронизация и внешняя цифровая синхронизация;
    • вертикальный и горизонтальный курсоры;
    • входное сопротивление – 1 МОм;
    • размер буфера для каждого канала – 256;
    • максимальное входное напряжение - ±10 В;
  • генератор сигналов произвольной формы:
    • 1 аналоговый канал;
    • максимальная скорость конвертирования – 1 Msps;
    • аналоговая полоса пропускания – 66 кГц;
    • разрешение – 8 бит;
    • низкое выходное сопротивление;
    • размер буфера – 256;
    • максимальное выходное напряжение - ±2 В.

Принципиальная схема прибора

Принципиальная схема: Миниатюрный осциллограф на ATXMEGA32

Кликните для увеличения

Входные аналоговые каналы осциллографа, выходной канал генератора сигналов – выполнены на JFET операционном усилителе TL064 с низким потреблением. На таком же операционном усилителе выполнен источник опорного напряжения для встроенного аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера.

Питание прибор получает от USB интерфейса, однако можно применить внешний источник напряжения 5 В, но следует быть внимательным и необходимо исключить возможность одновременного подключения внешнего источника и USB интерфейса. Напряжение питания микроконтроллера составляет 3.3 В, с этой целью установлен регулятор напряжения 3.3 В AP7333. Также, напряжение 3.3 В необходимо для питания контроллера дисплея.

Для питания операционных усилителей требуется двуполярный источник напряжения + 5 В и –5 В. Для получения отрицательного напряжения –5 В установлен интегральный DC/DC преобразователь TPS60403 (charge pump).

Графический OLED дисплей UG-2864HSWEG01 является монохромным и имеет встроенный контроллер SSD1306.

Источником тактовой частоты для микроконтроллера является внешний кварцевый резонатор 16 МГц.

Управление, навигация по меню, настройка параметров осуществляются с помощью клавиатуры K1-K4.

Для программирования (а также для отладки ПО) микроконтроллера используется 2-проводный интерфейс PDI. Данный интерфейс поддерживает высокоскоростное программирование всех пространств энергонезависимой памяти, в т.ч. Flash-память, EEPOM, Fuse-биты, Lock-биты и сигнатурный код пользователя. Программирование осуществляется путем доступа к контроллеру энергонезависимой памяти (NVM-контроллер) и выполнения NVM-контроллером команд.


Внешний вид печатной платы

Вид печатной платы для миниатюрного осциллографа на ATXMEGA32

Внешний вид печатной платы для миниатюрного осциллографа на ATXMEGA32

Демонстрация работы прибора



Файлы:

Принципиальная схема (pdf) – Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера
Список компонентов (xls) – Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера
Расположение элементов на печатной плате (pdf) - Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера



Для разработки программы использовалась интегрированная среда разработки AVR Studio 4 с Си компилятором WinAVR. Для программирования микроконтроллера потребуется программатор AVRISP2 или отладчик AVR JTAGICE mkII или AVR ONE.

Пользователи могут ознакомится с исходным кодом программы микроконтроллера, но для ознакомления предоставляется демо-версия, в которой отсутствует функция реализации осциллографа смешанных сигналов (MSO). Файл для прошивки микроконтроллера не имеет каких-либо ограничений, реализуются все функции прибора.

Благодаря использованию прямого доступа к памяти (встроенный DMA контроллер) возможна одновременная работа нескольких приложений. Например, генератор сигнала после включения продолжает работать в фоновом режиме.

Внешний вид прибора и расположение органов управления, коннекторов для подачи внешнего питания, аналоговых и цифровых сигналов.

Миниатюрный осциллограф на микроконтроллере AVR XMEGA с OLED дисплеемМиниатюрный осциллограф на микроконтроллере AVR XMEGA с OLED дисплеем

Для управления прибором и настройки параметров используется 4-кнопочная клавиатура K1 – K4.

Устройство имеет несколько режимов, при которых осуществляется переход к заводскими установкам и калибровка. Вход в данные режимы осуществляется удержанием нажатой кнопки при подаче питания:

  • K1 – вход в режим тестирования. В этом режиме на дисплее отображается: данные с входных каналов, буфер генератора сигнала, нажимаемые кнопки;
  • K2 – восстановление заводских установок и стирание калибровочных данных;
  • K3 – вызов функции калибровки смещения;
  • K4 – вызов функции калибровки генератора сигналов.

Пользовательский интерфейс

Назначение кнопок:

  • K4 – «Меню», используется для перемещения по пунктам меню настроек прибора;
  • K1 – K3 – действия кнопок зависят от конкретного пункта меню.

Пункты меню управления прибором и настраиваемые параметры

Меню миниатюрного осциллографа на ATXMega32
Кликните для увеличения


Зеленая стрелка означает возможность перехода в следующее меню посредством кнопки «Меню»

1. Меню по умолчанию:

  • K1 – Старт/стоп получения данных;
  • K2 – уменьшить частоту дискретизации;
  • K3 – увеличить частоту дискретизации;

12. Меню настройки дисплея

  • K1 – непрерывное обновление дисплея;
  • K2 – переключение линии/точки;
  • K3 – показать настройки осциллографа;

2. Меню настроек каналов

  • K1 – настройка 1 аналогового канала;
  • K2 – настройка 2 аналогового канала;
  • K3 – меню настроек цифровых (логических) каналов;

13. Меню настройки отображения

  • K1 – выбор типа сетки;
  • K2 – повернуть дисплей;
  • K3 – инвертировать дисплей;
3. Меню настройки внешней синхронизации
  • K1 – тип внешней синхронизации;
  • K2 – источник синхронизации;
  • K3 – без синхронизации;

14. Меню настройки генератора сигналов

  • K1 – синусоида;
  • K2 – прямоугольные импульсы;
  • K3 – треугольные импульсы;

4. Меню выбора режима работы

  • K1 – режим вольтметра;
  • K2 – режим XY;
  • K3 – режим осциллографа;

15. Дополнительное меню настройки аналоговых каналов

  • K1 – позиция канала;
  • K2 – инвертировать канал;
  • K3 – усредненные значения;

5. Меню настроек быстрого преобразования Фурье (FFT)

  • K1 – режим FFT;
  • K2 – выбор окна FFT;
  • K3 – логарифмический режим;

16. Дополнительное меню настройки цифровых каналов

  • K1 – изменить позицию канала;
  • K2 – инвертировать канал;
  • K3 – включить логический «0»;

6. Меню дополнительных настроек

  • K1 – меню установки и настройки курсоров;
  • K2 – меню настроек дисплея;
  • K3 – меню настроек генератора сигналов;

17. Меню выбора режима логического декодирования

  • K1 – параллельное декодирование;
  • K2 – последовательное декодирование;
  • K3 – декодирование по протоколу;
7. Меню настройки каналов
  • K1 – включение/выключение переключения каналов;
  • K2 – уменьшить усиление;
  • K3 – увеличить усиление;

18. Меню настройки уровня синхронизации

  • K1 – уровень синхронизации;
  • K2 – уменьшить уровень;
  • K3 – увеличить уровень;
8. Меню настройки цифровых каналов
  • K1 – включение/выключение переключения каналов;
  • K2 – выбор канала;
  • K3 – логическое декодирование;

19. Меню установки и настройки курсоров

  • K1 – вертикальный курсор;
  • K2 – горизонтальные курсоры 1 канала;
  • K3 – горизонтальные курсоры 2 канала;

9. Меню выбора типа внешней синхронизации

  • K1 – обычная синхронизация;
  • K2 – однократная синхронизация;
  • K3 – автоматический режим;

20. Настройка горизонтальных курсоров

  • K1 – выбрать курсор для перемещения;
  • K2 – переместить курсор влево;
  • K3 – переместить курсор вправо;

10. Меню выбора источника синхронизации

  • K1 – источник синхронизации канал 1;
  • K2 – источник синхронизации канал 2;
  • K3 – источник синхронизации цифровой вход;

21. Настройка вертикальных курсоров

  • K1 – выбрать курсор для перемещения;
  • K2 – переместить курсор вверх;
  • K3 – переместить курсор вниз;

11. Меню настройки окна FFT

  • K1 – оконная функция Hamming;
  • K2 – оконная функция Hann;
  • K3 – оконная функция косинуса;

22. Дополнительная настройка генератора сигналов

  • K1 – подстройка амплитуды;
  • K2 – подстройка частоты;
  • K3 – подстройка смещения;

23. Переход в режим заводских установок и калибровки (удержание соответствующих кнопок при включении питания)

  • K1 – вход в тестовый режим;
  • K2 – заводские установки;
  • K3 – вход в режим калибровки смещения;
  • K4 – вход в режим калибровки генератора сигналов.


Файлы:

Исходный код программы микроконтроллера (демо-версия) – Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера
Файл hex для прошивки микроконтроллера (полнофункциональная версия) – Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться, либо войти на сайт под своим именем.

Обсудить на форуме


На момент добавления Осциллограф на микроконтроллере AVR все ссылки были рабочие.
Все публикации статей, книг и журналов, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления,
авторские права на эти публикации принадлежат авторам статей, книг и издательствам журналов!
Подробно тут | Жалоба

Добавление комментария

Ваше имя:*
E-Mail:*
Текст:
Вопрос:
Решите уравнения x+2x=789
Ответ:*
Введите два слова, показанных на изображении:



Опрос

Ваши предпочтения в TRX


Одинарное преобразование
Двойное преобразование
Прямое преобразование
SDR
Другое
Мне всё равно

Популярные новости
Календарь новостей
«    Сентябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930