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2020年春节这场突如其来的YQ,让我在家里呆了一个多月。毕业之后一直忙于工作,突然闲了下来还真有点不适应。想着闲着也是闲着要不要搞个板子玩玩?我是一个爱折腾且闲不住的人。虽然在2016年时候从一个普通的电工转到了管理职位之后几乎没有再亲自写过代码更别说设计板子,但是爱折腾的毛病就是改不了,我想这就是电工的天职吧。那好吧,那就做点东西玩玩,一方面可以把这几年落下的技术开发能力该有的提升给提升一下,另一方面也是想证明,虽然身处管理职位,但是技术开发能力依然可以。
想做示波器的想法缘于有一天看到身边的这台泰克2GS/s,200MHz带宽的示波器时,猛然间想起大学时候制作的那个示波器没有成功,一直耿耿于怀。好吧,那我们就重新制作一台示波器,以弥补学生时代的遗憾。但到底要做什么性能指标的示波器呢,此时我又看了一眼这台泰克示波器,眉头一皱,计上心头,好,那我们就做一台除了采样率与存储深度干不过它之外,其它的常用功能全部支持的,可以在单片机软硬件开发过程中用来维修调试的,也可以说是“低配乞丐版的便捷式示波器”。
做这台示波器并不想简单的把波形显示出来就算完工了,既然决定了那就从头做到尾,把当初定义的功能指标全部做完。做完之后给公司里的工程师人手一台,因为主控是用STM32单片机开发的,所以绝大部分工程师都可以自己来改代码,最终的目标是做一个最好用的开源便捷稳定的示波器。
接下为就是方案确定芯片选型等。为了选择一款大小合适,显示效果好,价钱合适的LCD屏幕,我从不同的厂家买了很多块不同尺寸与分辨率的LCD屏进行测试(下方有各种屏的图片)。最终选择了5寸的800*480的IPS屏,这是因为经边我的测试发现,7寸屏有点太大了,便捷不太方便。4.3寸及以下的屏有点小,波形看着不太方便。5寸是介于便捷与方便之间的选择。5寸的屏能买到的还有480*272分辨率的非IPS屏,但是实测发现这个分辨率的屏买不IPS的,可视太差,角度差一点看起来就效果就会差很多。综上就选择了5寸800*480的IPS屏,成本比480*272要贵差不多30元,但是显示效果好了不是一星半点。
做示波器最好的主控应该是FPGA,但是FPGA开发我并不是很擅长,所以就决定用单片机来做。由于要驱动屏,所以MCU需要支持LCD接口,第一版用的是STM32F429IG配外部SDRAM,芯片太大,SDRAM太大,线太多,只能用4层板。后来就决定就STM32H750VB来做,这是因为这颗芯片的性价比很高,它只卖22元左右比429IG要便宜一半以上,而且片内有512KB的SRAM可以用做显存,这样用一颗芯片连SDRAM也省了,双面板搞定,成本降了很多。其它的一些设计也是在家里完成的。
4月份回来公司来上班,打的板子也回来了,就开始调板子,这二个月期间改了几次硬件,由于工作原因并没有一整块的时间去调试写代码,只能下班之后有空搞一搞,目前可以说完成了基本功能,后期再慢慢软件升级。
说一下主要技术指标:
1.双通道,每通道100MHz的采样率,并可升级到125MHz(只需要改一个晶振,代码上做一下简单的修改即可支持)
2.每通道8KB的存储深度。
3.模拟带宽实测,探头X1:6MHz,探头X10:>30MHz(由于信号发信器只能发出30MHz的正弦波,在30Mhz时实测信号衰减比大于90%,实际带宽接近50MHz).
4.支持硬件触发,可以查看触发前与触发后的数据。支持的其它在硬件触发基础上的触发模式包括:自动,正常,单次等。
5.扫描时间范围:50ns~500ms每格(1-2-5)递进,更长的扫描时间也可以实现,目前软件版本只支持到500ms.
6.垂直电压范围:5mV~10V,电压精度5%~%10(可通过校准得到更精确的精度)。探头X10的话可以测量峰峰值为800V的信号。
7.支持电容触摸屏的接口,后期可以开发触摸应用。
8.支持LCD显示,支持480*272,800*480,854*480分辨率的LCD,同时支持640*480,800*600的VGA显示(下方有图片)。
9.可选择通道1或通道2为触发源,并且触发电压可调。
10.两个都支持AC/DC耦合。
11.输入电压范围X1最大60V,X10最大600V。内部有电压保护,高电压不会烧芯片,若想提高电压,可以更换更高电压的固态继电器即可。
12.支持电池提供电,支持充电,实测使用1800mAh的锂电池在LCD背光全开的情况下可以工作4个小时,充电电流1A。若想提高电池使用时间可以更换大容量电池。
13.USB-TYPE-C接口,通过一个模拟开关可切换到MCU的USBFS上或者内置的HID免驱的USB转TTL芯片上实现串口。
其它功能(目前版本的软件没有实现,但是硬件支持的,后期升级慢慢可以使用的功能)
1.FFT,后期软件升级会支持FFT,可选择期中一个通道进行FFT。
2.stop模式下波形的放大与水平位置调节。
3.水平与垂直的测量功能。
4.触摸屏的支持,通过触摸屏可以更方便的进行一些操作。
5.水平时间的调节。
6.更多的触发模式,如IIC的起启信号触发等。
7.支持X-Y,用来绘制李萨如图形等。
后期会全部进行开源。
以下是图片:
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