. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
XMEGA Xprotolab
17. ledna 2014 - 5:08 | Pandatron | XMEGA Xprotolab | Komentářů: 13  

XMEGA Xprotolab

XMEGA Xprotolab je projekt miniaturního digitálního osciloskopu a analogového generátoru průběhů s grafickým OLED displejem a mikrokontrolérem z řady AVR XMEGA.

XMEGA Xprotolab je jeden z řady velice zajímavých projektů firmy Gabotronics, využívajících široké možnosti dnešních mikrokontrolérů. Jde o malé zařízení typu vše v jednom (all in one) s několika analogovými a digitálními vstupy a výstupy. Pro možnost vestavby ale i snadného použití na kontaktním poli, je použita modulární koncepce s rozměry desky pouhých 2,5 x 4 cm (1 x 1,6 inch.). Veškerou činnost zde zajišťuje jediný, 8-bitový mikrokontrolér řady AVR XMEGA. Data a analogové průběhy jsou zobrazovány na 0,96“ OLED displeji a ovládání je vyřešeno pomocí čtyř tlačítek.


Obr. 1: XMEGA Xprotolab

Základní specifikace:

  • Celkové rozměry modulu: 2,5 x 4 cm
  • Mikrokontrolér typu ATXMEGA32A4 s 32KB Flash, 4KB SRAM a 1KB EEPROM
  • Grafický OLED displej 0,96“ s rozlišením 128 x 64 px orientovaný na šířku
  • Ovládání pomocí čtyř tlačítek
  • Dostupný PDI interface
  • Dva analogové vstupy
  • Jeden analogový výstup
  • Osm digitálních kanálů
  • MicroUSB konektor pro napájení a ovládání z PC (software zatím není k dispozici)
  • Možnost použití rovněž jako vývojová deska s mikrokontrolérem řady AVR XMEGA

V současné době zařízení podporuje především funkci kombinovaného osciloskopu se dvěma analogovými a osmi digitálními kanály, případně s možností použití externího triggeru. Dále je dostupný generátor libovolných analogových průběhů (AWG), využívající jednoho analogového výstupu a řada dalších měřicích funkcí. Přehled všech funkcí je uveden v části o programovém vybavení.

V následující tabulce je uvedena specifikace obou základních provozních režimů:

Technická specifikace osciloskopu:
  • Dva analogové a osm digitálních kanálů
  • Maximální vzorkovací frekvence: 2 MSPS
  • Analogová šířka pásma: 320 kHz
  • Vertikální rozlišení: 8 bitů
  • Impedance vstupů: 1 Mohm
  • Velikost bufferu na kanál: 256 vzorků
  • Maximální vstupní napětí: +/- 10 V
  Technická specifikace generátoru libovolných průběhů:
  • Jeden výstupní analogový kanál
  • Maximální obnovovací frekvence: 1 MSPS
  • Analogová šířka pásma: 44,1 kHz
  • Rozlišení: 8 bitů
  • Nízká výstupní impedance
  • Velkost bufferu: 256 hodnot
  • Maximální výstupní napětí: +/- 2 V

Schéma zapojení
Na následujícím obrázku je kompletní schéma zapojení modulu XMEGA Xprotolab.


Obr. 2: Schéma zapojení

Základem celého zařízení je pouze jediný integrovaný obvod – 8-bitový mikrokontrolér řady AVR XMEGA32A4 (U1), doplněný o jeden obvod násobného operačního zesilovače (U3) – čtyři zesilovače v jednom pouzdře, typu TL064. Veškerou funkci spojenou s měřením, produkování, zobrazováním a řízením tedy obstarává obslužný program mikrokontroléru.

Pro napájení je vyžadováno pouze jediné napájecí napětí: +5 V. To je získáváno buď z MicroUSB (PC) konektoru J2, nebo je možné použít externí stabilizovaný (!) zdroj napětí 5V, připojený na konektory J5 a J6. V tom případě je ale potřeba odpojit modul od počítače, protože jednotlivé napájecí vstupy nejsou od sebe nijak odděleny. Na desce jsou kromě +5 V používány ještě napětí: -5,0 V, +3,3V a +2,0 V. Všechna tato napětí si však deska vyrábí sama, pomocí jednotlivých integrovaných obvodů. Takže například obvod U2 stabilizuje vstupní napětí na +3,3 V a obvod U4 (nábojová pumpa) vstupní napětí +5 V invertuje na hodnotu -5 V, potřebnou pro měření symetrických signálů. Pro vytvoření napětí +2,0 V, používaného jako referenční napětí mikrokontroléru, je použita 1 obvodu U3(d) a referenční dioda D1.


Obr. 3: Funkce digitálního voltmetru

Jednotlivé měřicí vstupy a výstupy jsou na schématu rozmístěny kolem celého obvodu.

Pro funkci osciloskopu jsou nejdůležitější dva analogové kanály, označené standardně CH1 a CH2 (konektory CON2). Oba kanály jsou zapojeny zcela identicky. Na jejich vstupech jsou umístěny oddělovací operační zesilovače (U3), které využívají symetrického napájení a posouvají zem. Vstupní napětí v rozmezí +/- 10 V převádějí na rozsah max. 0 až +2 V (s nulou uprostřed), vhodný pro zpracování ADC (analogově-digitálním) převodníkem, integrovaném v mikrokontroléru U1. Omezení šířky pásma na 320 kHz plyne z mezních hodnot analogového vstupu mikrokontroléru a koresponduje s maximální vzorkovací frekvencí 2 MSPS.


Obr. 4: Funkce osciloskopu

Funkce generátoru libovolného průběhu je zajištěna DAC (digitálně-analogovým) převodníkem, který je rovněž integrován v mikrokontroléru U1. Jeho výstup je na pinu č. 6 (PB2), odkud se přivádí na další operační zesilovač z obvodu U3(d). Ten na AWG výstupu produkuje symetrický analogový signál, opět díky symetrickému nepájecímu napětí.

Hned na vedlejším pinu č. 7 mikrokontroléru U1 je k dispozici digitální vstup triggeru (spouštění), používaný pro osciloskop. V uvedeném Xprotolabu je tzv. kombinovaný osciloskop, umožňující nejen měření dvou analogových, ale rovněž až osmi digitálních signálů. Jde tedy o funkci logického analyzátoru, i když „analýza“ signálu je vzhledem k malému displeji a jednoduchému tlačítkovému ovládání poměrně omezená. Jednotlivých osm digitálních kanálů je k dispozici na konektoru J3. Podporované logické úrovně vycházejí z interního napájecího napětí mikrokontroléru a jsou tedy 0 a +3,3 V.


Obr. 5: Funkce logického analyzátoru

Dále je vpravo na schématu umístěn grafický OLED displej. Ten vyžaduje dvě napájecí napětí. +3,3 V je používáno pro napájení logických obvodů a paralelního rozhraní. Druhé napětí pak vyžaduje pro napájení řady integrovaných podsvětlovacích LED a mělo by být v hodnotě +3,8 V. V konstrukci je takové napětí vytvořené jednoduše pomocí dvou obyčejných křemíkových diod D2 a D3.

Dále již na schématu zbývají pouze čtyři ovládací tlačítka K1 až K4, 16 MHz krystal Y1 a konektor CON6 s rozhraním PDI. PDI je nový typ programovacího rozhraní společnosti Atmel, podporovaný například JTAGICE mkII.

Hardware
Jednotlivé části hardware byly již popsány, takže se nyní zaměřme pouze na vnější provedení. Celý modul XMEGA Xprotolab je koncipováno jako jednodeskový elektronický modul s rozměry 2,5 x 4,0 cm. Grafický OLED displej zabírá téměř celou plochu horní strany desky, kde jsou dále umístěny čtyři ovládací tlačítka a konektor MicroUSB pro propojení s počítačem. Na spodní straně modulu jsou umístěné jednotlivé konektory typu jednořadých pinových lišt. Jejich umístění je rozvržené i pro přímé použití modulu na kontaktním poli. Rozmístění funkcí je na následujících obrázcích.


Obr. 6: Rozmístění vstupně/výstupních pinů na spodní straně desky

Programové vybavení
Jak již bylo uvedeno v úvodu, veškeré funkce Xprotolabu jsou implementovány programově, v mikrokontroléru U1. V současné době jsou dostupné následující funkce a možnosti:

  • Dvoukanálový osciloskop s podporou:
    Triggeru na signál
    Triggeru na úroveň napětí
    Režimu XY
  • Digitální voltmetr s automatickým měřením průměrné a špičkové hodnoty
  • Spektrální analyzátor s automatickým vyhledáváním základní frekvence
  • Logický analyzátor
  • Generátor libovolných analogových průběhů
  • Horizontální a vertikální kurzor s měřením

Více podporovaných režimů a možností konfigurace je dobře vidět z následujícího diagramu ovládacího menu.


Obr. 7: Menu Xprotolabu

Program pro mikrokontrolér v souboru .HEX je v aktuální verzi volně dostupný na webových stránkách projektu, které jsou uvedeny pod článkem. Rovněž je pod článkem uvedena kopie souboru, platného v době vydání tohoto článku.

Závěr
Více informací o konstrukci Xprotolabu je dostupných na stránkách projektu. Rovněž je zde možné získat jak kompletní, osazený a naprogramovaný modul v ceně zhruba 650 Kč/ks, tak i nejdůležitější součástky. Především jde o desku s plošnými spoji (70 Kč) a nebo OLED displej (180 Kč).

Odkazy & Download:
Domovská stránka firmy Gabotronics
Projekt XMEGA Xprotolab

Xprotolab Manual
Seznam součátek
Zdrojové kódy a hex - DOWNLOAD
Miniaturní osciloskop - Xprotolab (cz)







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (13):

Zobrazit starší 30 dnů (13)...

host
13. Dne 15. 12. 2011 v 06:05 zaslal host
Bez titulku
Jednoduché a krásné, co víc dodat.


Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
PGEN170 - Generátor 5 MHz až 170 MHz
Moduly PGEN170, jejichž základem je integrovaný obvod LTC6905, jsou lineárně řízené generátory obdélníkového signálu v rozsahu 5 MHz až 170 MHz.
Skladem od 630 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007