【我的设想】关于硬件部分设计的讨论
目前需求需要的功能分别是按键检测、电源管理、LCM、MCU数字部分、MCU模拟部分、OP运放、前端输入保护等这些需要分模拟、数字,在抗干扰方面要多加考虑
在电源管理方面:
需要实现自动关机功能,实现低功耗待机。
按键检测部分:
需要实现5~10个轻触开关的识别、1~2个编码器的识别,另外,考虑单独拿一个按键出来作为电源开关的自锁,这样可以实现超低待机功耗(因为在关机状态,MCU都不用工作耗电)
LCM部分:
实现背光可控,延长电池使用时间
OP运放的选择,请大家多多推荐型号,我们再来挑选,我自己的推荐是OP07。又便宜又大碗~~哈哈……而且,为什么推荐这个,还有一个更重要的理由,稍后再说。
前端输入保护,这个我暂时只想到了用二极管箝位。还没有很好的方案,请有好方案的同学不吝赐教!!
Layout方面,务必注意好模拟与数字部分的隔离和抗干扰。 对于硬件设计,我建议分工如下:
1位负责元器件封装的制作
1位负责实际原理图制作和PCB layout
1位负责后期的原理、PCB检查、校对
具体用什么软件、谁负责哪部分,有三位负责这部分的网友自行商量决定,确认好了就在论坛上发帖子报个计划。
另外,时间和具体工作上的安排:
在分工确认好以后,负责元器件封装的网友就可以开始动工了,制作中尽可能保证封装的准确和规范。特别是原理封装和PCB封装引脚的对应。尽可能不让这些低级错误出现。
Layout方面,请大家都来提提意见。特别是模拟部分,譬如应该用多粗的线,安全间距应该是多少。譬如3W规范。我们能否借助这个活动真正获得这方面的知识,而不再靠猜、大概、估计这样的方式去决定。
另外,请大家多提供经过生产验证的经验、技巧。我个人现在对于前端的输入保护电路没有太多的概念,不知道在仪表行业一般是怎么做。 OP07的GBP不到1M,在应用中不太方便,建议使用TLC082系列的.它的GBP有10MHz. sadf123 兄
我选择OP07主要是考虑他的失调非常小,而且还可以通过外部微调。
至于带宽,本身STM8的AD速度也不高,木桶原理已经决定了。 dvhome 的建议很有价值
信号输入端加TVS效果也不错。 赞同dvhome的观点。
“Layout方面,请大家都来提提意见。特别是模拟部分,譬如应该用多粗的线,安全间距应该是多少。譬如3W规范。我们能否借助这个活动真正获得这方面的知识,而不再靠猜、大概、估计这样的方式去决定。”
既然是开源项目,我想我们应该将设计、开发过程中的问题、相关讨论、思路、解决方案都开放出来,让参与和关注这个项目的朋友都通过这个它获得知识,有所收获。 前端保护,我主要考虑的是如何实现一不小心接了超出规定电压时,不会烧掉仪器
不知道有没有可能以简单的方式实现
如果太复杂,那就取消这个
烧掉就烧掉呗,接错了也不能怪谁^_^ OP的选择,我觉得主要考虑以下几点:
首先是噪声,噪声要尽可能小。这个包括输入噪声和输出噪声。
其次是失调电压、包括温飘
再者是带宽,我刚刚打开OP07的规格书看了一下,带宽是0.6MHz,sadf123 兄说的没错,确实是一个问题。
另外就是输入阻抗,这个也要合适。 选则运放要先看 电源部分如何设定。
手持示波器,应该用9V层叠电池供电,也就是单电源
粗略看了OP07 TLC082 DS似乎不是轨至轨。
这样需要负压,电源部分就复杂了。 电源部分,如果用层叠电池,要考虑整机能工作多长时间。
因为LCM的耗电比较大,层叠电池的容量都是比较小的。我看过最大的好像也才几百毫安时
而且,层叠电池,能充电的好像非常少吧??
运放的选择,要考虑后面ADC的特性
我们是直接使用STM8的ADC,不能直接采集负压。
如果需要采集负压,那就必须在前端做电平平移了。
这个选择确实是一个非常重要非常关键的地方
请大家推荐! 提个小小的建议,留下一个串口用于把AD触发的数据发到上位机上去,那样界面可以做得更大一点,也可以用上位机来设置系统参数,比如触发方式,扫描时间等等。这样功能更强一点,外出时就用LCM。
我计算过,1M的AD速度,采1ms时长也就1000个点,如果配合触发延迟,可以求得高速AD和用慢点的串口获得采样长度与显示的平衡。
vc上位机程序我正在写。本来是用于AVR m16的。看起来也用得上。
现在上位机可以定时的显示两个不同的波形。正在实现其它功能。。。代码公开GPL的。
只要楼主的程序中能接受上位机的串口发来的命令,和把触发引发的AD采样数据发上来,我想上位机是可以通用的。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_13/ourdev_426667.jpg
0 (原文件名:Image00000.jpg) 电源是否可以使用市面上拥有量很大的5号镍氢电池,经过升压IC升压,然后再做一级LDO稳压的方式给系统供电?现在这些芯片都很便宜,而且更利于把体积作小,叠层电池耗电太大的话,成本比较高。 dvhome 兄:
如果按照STM8的ADC有500KHZ的转换速率的话,输入带宽要大于500KHZ比较好.如果前级要放大一下的话,N倍的放大,就要N*500KHZ的带宽.
用带宽低的运放,我个人认为不太合适.
至于低失调和噪声的话,TLC082也是比较合适的.
对于 ZealotNH 发仔所言,最好使用轨对轨的运放,那是不错的.可是最好是使用双电源,可以提升运放的利用率和性能. 也喜欢用5号镍氢电池,方便 几节5号或7号电池串联供电也不错 或者用一节7号电池作为负压,就不用负压产生电路,运放选择就容易很多,甚至焊只通用运放TL082上去也勉强可以。
但似乎没见过有人这么做…… 考虑不考虑内部输出自校准的信号? 15楼的方法好,值得采用. pcj2007 庞 兄:
这个是肯定会做的。但第一版暂时不考虑,留个接口出来就行了
ilikemcu 我爱单片机 兄:
主要是担心DC/DC的干扰。我们只有一个月的时间。
sadf123 兄:
你说的对,这个我确实欠考虑。因为我印象中OP07有6MHz左右的带宽。原来是0.6MHz,汗……
ZealotNH 发仔 兄:
这样产生负压,好像不是很保障,有没有更好的方案?
smallsnail 燕 青 兄:
你是指做软件自校准??还是指跟一般示波器一样,有一个标准信号源作为参考? 【18楼】 dvhome
就是每个数字示波器都具有的那个标准的3V 1KHz的方波信号。
数字示波器都具有自校正功能,自校正就是通过内部继电器切换将这个方波信号切换到通道输入端,然后通过内部软件进行的自校正。 那这个就是单独做一个信号源了。暂时不考虑吧。
我是从几个方面来考虑的:
1、时间太短,没有办法做到这么多的东西,特别是内部自动校正,这个不是一时半会可以弄好的。
2、信号源的准确度的问题。要做到失真小,那电路相对就复杂了。这样空间、布局都有压力。
3、使用频率的问题。自校正功能的使用频率是很低的。一般都不会去用。手持设备的校准大部分都是通过另外的仪器来做的。在手持设备上去做自我校正,成本上不是很合算。 【20楼】 dvhome
明白,O(∩_∩)O~
期待更详细的规划出来! 是否可以采用浮地的电源方式来解决负压问题? http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_13/ourdev_426703.JPG
浮地供电 (原文件名:未命名.JPG) 可否考虑采用DC2DC转换芯片,转换得到负电压,然后再稳压。 类似MAX232的电荷泵。MCU 出一个100K 50% 的方波。
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_13/ourdev_426717.jpg
(原文件名:电荷泵.jpg) 那就用个232的片子,以便今后扩展与电脑通信.负压也有了. 我的想法跟 【23楼】 my_avr不谋而合
但不能采用简单电阻分压,这样效率太低
我觉得采用三极管来做,或者是TDA2030来做,这样噪声、稳定性就有保障
这样做的问题就是功耗比较大,电源效率相对低
而采用DC/DC的话,在测量方面我个人没有什么成功经验,因此我本身是持谨慎意见的。
如果确实需要采用DC/DC,务必要用成熟方案,要加滤波方案。尽可能减低电源的噪声。 23的图中,如果把上面那个R换成4节电池,下面那个R换成一节电池,就可以有双电源输出了. ywl0409 老黄牛
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23的图中,如果把上面那个R换成4节电池,下面那个R换成一节电池,就可以有双电源输出了.
这个方法是最实际、简单的。电池没电就拿出来充电或换。
只是用一只电池作负电的方法比较少见,但做事不必墨守成规。
正电源用LDO稳压供电就是了。噪音问题全无。
用运放产生中点电压,把单电源变成正负电源。
在这里MCU怎么接?MCU接中点电压?还是接电池负?
两种接法都有问题。一个是损耗大、MCU大电流时中点电压不稳定;另一个是白做。 我原来是担心电池有个体差异,这样造成比较大的浪费
不过仔细想了一下,不管采用什么方式。只要是多节电池,都是存在这种问题。
如此看来,ywl0409 老黄牛 和 ZealotNH 发仔 提出的直接用电池做负电是可行的。而且这样避免的用电阻或三极管分压造成的损耗! 如下电路大家怎么看呢?
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_13/ourdev_426757.png
(原文件名:image001.png) MCU的地应该接中点,电池的负端接运放的负电源处,电池稳压后的输出接单片机的Vcc,电池的输出可以直接连到运放的正电源处. 要考虑电平平移的问题
到MCU的电压应该是0~VCC的
那么运放输出就应该是 -1/2 VCC ~ +1/2 VCC
因此运放不要求轨到轨
如何实现可靠的电平平移呢? 不知道7660是否可以胜任?成本可是比上面的一堆外围电路省多了,反正都是DC-DC。
我记得ST、国半、TI、Intersil、Vishay、Microchip都有这样的编码器件,算得上是通用料,也便宜。
Microchip的编号是TC7660。
http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010576
The TC7660 is a pin-compatible replacement for the Industry standard TC7660 charge pump voltage converter. It converts a +1.5V to +10V input to a corresponding – 1.5V to -10V output using only two low-cost capacitors,eliminating inductors and their associated cost,size and EMI. The on-board oscillator operates at a nominal frequency of 10kHz.Operation below 10kHz (for lower supply current applications)is possible by connecting an external capacitor from OSC to ground (with pin 1 open). The TC7660 is available in both 8-pin DIP and 8-pin SOIC packages in commercial and extended temperature ranges.
TC7660 Datasheet (Chinese)
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21465b_cn.pdf 【31楼】 ifree64
根据 老黄牛 和 发仔 的建议,直接使用多节电池,从中间引出作为中点电压。正负两端再分别做线性稳压。你觉得这样可行吗??
我觉得线性稳压比较保险一些,毕竟开关电源的噪声、谐波是很难消除的。
更正19楼部分回复,原文如下:
【19楼】 smallsnail 燕 青
就是每个数字示波器都具有的那个标准的3V 1KHz的方波信号。
数字示波器都具有自校正功能,自校正就是通过内部继电器切换将这个方波信号切换到通道输入端,然后通过内部软件进行的自校正。
更正内容如下:
就是每个数字示波器都具有的那个标准的3V 1KHz的方波信号。,此信号用于探头的补偿调节,不用于内部通道的校正。
数字示波器都具有自校正功能,自校正就是通过内部继电器切换到一路内部输出的信号(与3V1KHz的信号一样都是通过FPGA产生),然后通过内部软件进行通道的自校正,包括CH1、CH2的Vertical System、horizontal System 、External trig System等。
看了下STM8的资料,这mcu不咋样啊,建议换掉^_^
另外更正下楼上的错误,正规示波器的内部校准用的是高精度DAC产生的直流信号来校准的,而不是用FPGA产生的波形来校准的,FPGA输出的信号幅度的准确度只能用垃圾两字来形容。 【38楼】 newbier
看了下STM8的资料,这mcu不咋样啊,建议换掉^_^
另外更正下楼上的错误,正规示波器的内部校准用的是高精度DAC产生的直流信号来校准的,而不是用FPGA产生的波形来校准的,FPGA输出的信号幅度的准确度只能用垃圾两字来形容。
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我们不是做产品,这里的STM8示波仪仅是提供一个共同的兴趣平台,让大家在开源中学到知识。
其实用什么MCU都是一样的,如果是追求示波仪的精度与效果的话,那我们就不必自己DIY了,直接买一个FLUKE的算了!
O(∩_∩)O~
乐在其中。。。。
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FPGA后面是有信号处理电路的! 楼上能找来新赞助商吗? 大胡子叔叔说的是楼上的楼上哈!不要误解!
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