Народный осциллограф "Мурзик" на базе STM32F303VCT6 - проект

[dosikus]

Эту что ли ? http://hobby-research.at.ua/forum/2-1-20
"Что-Где-По чем " и танцы с бубном собирателей , весьма познавательно ...

[DrLivsy]

Вот http://hobby-research.at.ua/publ/razrabotki/izmerenija/neil_scope_3/4-1-0-42 законченный проект осциллографа на интересующей Вас элементной базе, работающий очень неплохо, проверено лично...

+1. Neilscope - очень неплохой проект. Каждому осциллографостроителю просто необходимо прочитать всю ветку того форума, которая сопровождала разработку с самого начала.

Прочитаю, Леонид Иванович.
Просто поймите мои чувства - у меня дома лежит 30ти-летняя игрушка, которая сейчас стоит около 500 баксов и разворачивает 5МГц (по паспорту). называется С1-101.
А тут все намного дешевле и не хуже, даже без эквивалентного квантования. Безусловно, чтобы поиметь четкое качество, надо делать очень четкие стробы, замеры и т.д.
Но, строя аппарат карманных размеров с ценой запчастей около тридцатки, имею желание пренебречь определенной долей качества за счет экономии денег, нервов и времени. Например мне совсем не хочется заказывать ПЛИС в соседней области, на границе с которой сейчас идет война. Не люблю переживать в ожидании. После этого мне лениво делать программатор, ставить и осваивать софт только для того, чтобы зашить одну микруху. И тд и тп.
Речь идет о Народном проекте - доступном для повторения большинством радиолюбителей. Это значит: поменьше корпусов, подешевле детали, попроще печатка, единственное в сложности чего можно оттянуться - софт. Его заливка не представляет сложностей ни в размере 1К , ни в размере 256 МБ, потому как делается нажатием одной и той же кнопки.

[Леонид Иванович]

Эту что ли ? http://hobby-research.at.ua/forum/2-1-20
"Что-Где-По чем " и танцы с бубном собирателей , весьма познавательно ...

Да, эта тема. Очень познавательная. Жаль, информация сильно разбавлена вопросами поиска комплектующих. Можно проследить весь процесс разработки аналогового тракта, со всем вариантами и ошибками. В версии 3 пришли к вполне грамотному решению. Особенно интересно обсуждение дизайна ПЛИС, в процессе рассмотрены тонкости построения цифровой части осциллографов, которые начинающие строители обычно не знают. Хоть объем темы большой и много мусора, но к прочтению обязательна. По крайней мере, эта тема имеет практический результат, в отличие от знаменитой темы на ixbt.

А тут все намного дешевле и не хуже

Я бы оптимизм несколько поубавил. Чтобы получить такой результат, уйдет пару лет. Тут даже обсуждать нечего, купить готовый цифровой осциллограф намного дешевле выйдет. Разве что от любви к искусству можно собирать свой. Я тоже когда-то имел такую идею, и даже делал нечто подобное:



Но это лишь ма-а-а-ленькая часть пути, я понял, что проект не потяну.

[pcb]

Мы сейчас PCIe плату сбора данных делаем, уже около 2х месяцев разработки, конца не видно

[DrLivsy]

Ну, я пока не остыл.
Сейчас разбираюсь с простыми вопросами типа "вход", его защищенность, какой входной аттенюатор сделать, управляемый или нет, делить на 10 или на 100 (лучше на 100, я 220В в розетке очень боюсь, попортят они Мурзика ), а тут еще чувствительность страдает, далее соответственно канал усилителя, его АЧХ, вроде как просматривается двухканальный вариант, один - НЧ до 100кГц, на МСР602, второй - ВЧ 100кГц и выше на LMH6643, может еще полевик истоковым повторителем перед ним воткну. А после полевика отведу на вход таймера-частотомера. Программная реализация тоже очень интересует, но в силу того, что я слабоват, разбираюсь не спеша. Пока особых проблем в софте не предвидится, особенно ободряет наличие ПДП. Вообще, ядру там особо делать нечего, так токо, кнопки нажимает, иногда.
Особенно познавательным стал расчет реактивного сопротивления входа. Оказывается ОдноПикоФарадный кондер сопротивляется 220В 50Гц целыми 3мя с мелочью ГигаОмами!
Поэтому заказанные Леонид Ивановичем 1МОм 20пФ нуждаются в серьезном отношении во всей полосе пропускания.

По поводу софта тоже много интересных нюансов, типа "а как его включить/проинициализировать", СТМ32 не показал себя процом, который может что-то делать сразу после включения. Ему нужны нудные начальные параметры по его Клокам, Шинам, которые тактируются от этих клоков , Портам, которые висят на этих шинах и т.д. Даже процедура включения/выключения АЦП требует использования вектора прерывания (если не охота ждать в бесконечном цикле), типа установите бит ADEN и подождите пока железо его не сбросит после полного включения АЦП. Выключение - в таком же духе, токо бит другой - ADDIS.
Пока - нравится.

[Леонид Иванович]

делить на 10 или на 100

Здесь компромисс "шум/простота/количество диапазонов". Лучше всего друг за другом 2 делителя 1:10. Но можно поставить и один делитель, иногда ставят 1:25, кратно десяти делать не обязательно. Стандартные шкалы осциллографа кратны 8, 16, 40, 80 (8 клеток х 1, 2, 5, 10 В/дел.).

220В в розетке очень боюсь, попортят они Мурзика

В правилах хорошего тона проектировать входной усилитель так, чтобы даже с выключенным аттенюатором он выдерживал ±300 В.

вроде как просматривается двухканальный вариант

Приличные осциллографы имеют двухканальные (НЧ/ВЧ) усилители. Но для простого варианта пойдет и более простой одноканальный, быстрые JFET-ОУ имеют не такое большое смещение нуля.

Вообще, ядру там особо делать нечего

Наоборот, ядро не справится обрабатывать данные, поэтому осциллограф нужно строить на основе ПЛИС. Например, при включении более медленной развертки данные нужно прореживать, есть несколько разных алгоритмов, но выполнять их надо на лету.

P.S. Вообще, уже в сотый раз начинается подобное обсуждение очередного осциллографа. Может быть, прежде, чем изобретать велосипед, нужно почитать, как делают другие?

[DrLivsy]

делить на 10 или на 100

...
P.S. Вообще, уже в сотый раз начинается подобное обсуждение очередного осциллографа. Может быть, прежде, чем изобретать велосипед, нужно почитать, как делают другие?

Спасибо, согласен.
Есть ли у вас на памяти ОУ с достаточно низким выходным сопротивлением? (150 Ом и ниже).
Побороть смещение от вытекающего из входа тока не сложно, не хочется что бы это было дорого. LMH6643 стоит 17 грн за 2х канальный ОУ, более-менее линейный в полосе до 40-80ти Мц. Легче добавить Истоковый повторитель на полевике за 1грн и компенсировать постоянку, чем заказывать ОУ за 60+ грн. Ведь это все же практически есть.


На точности 8бит на максимальной частоте входное сопротивление 150 Ом, при заявленных 50к.
Я таки долго искал в AD, OPA и тд цена прыгает в разы, а выходное сопротивление не фонтан.

[Леонид Иванович]

На точности 8бит на максимальной частоте входное сопротивление 150 Ом, при заявленных 50к.

Это не входное сопротивление АЦП, а максимальное внутреннее сопротивление источника сигнала, которое даст погрешность не более 1/2 LSB. Причина погрешности - зарядка емкости УВХ. Оптимальное согласование выхода ОУ со входом АЦП в случае осциллографа потребует RC-цепочки, как ее рассчитать, можно найти в этой статье: Optimize Your SAR ADC Design.

Есть ли у вас на памяти ОУ с достаточно низким выходным сопротивлением? (150 Ом и ниже).

Любой ОУ с замкнутой ООС имеет очень маленькое выходное сопротивление - доли ома. LMH6643 в том числе.

[DrLivsy]

Спасибо, читаю.
Я вспомнил!
Такие мега-девайсы называют осциллографическими пробниками!
Это когда можно посмотреть наличие сигнала и приблизительно оценить его параметры.
Надо будет прикинуть, до каких частот этот прибор станет осциллографом, а потом "осциллографическим пробником".
Ведь простому радиолюбительскому обывателю далеко не всегда важна Форма сигнала.
Вот я:
нашел в инете Схему на МК - интересно, аж жуть! Купил, собрал программатор типа 5 проводков, прошилось нормально. Воткнул в Схему - не работает! Шо делать? Первый ворос - питание. Второй - наличие и уровень тактовой МК. Не форма, не точное значение амплитуды, а наличие и уровень. Потом можно оценить частоту. Ну и далее...
На тему емкости на входе АЦП предлагаю следовать рекомендациям производителя - чем меньше, тем лучше.


Тут я погорячился. Это надо внимательно просчитать. Будет.

[DrLivsy]

Вот рекомендация "от производителя":

Они рекомендуют стабилизацию на уровне 1/4 LSB.
С учетом принятой точности - 8бит, мы имеем постоянную времени равную ~7*(1000 Ом*5пФ)=35000пс
Нам рекомендовано (опять же производителем) 150 Ом Rain. Cext=35000/150=233пФ
Емкость одного пина STM32 7пФ в среднем.
С учетом емкости других проводников она может стать еще больше. Кроме того, на Rsw есть пугающая пометка: 1кОм максимум. Минимум не указан .
Допустим, чтобы работать 4мя АЦП по одному каналу мне придется завести выход AIN на два порта (один для первой пары АЦП, второй - для второй соответственно).
Это даст примерно 14пФ прибавку к Cext.
Пока видится 219пФ

Последний раз редактировалось DrLivsy Пн июн 02, 2014 14:01:07, всего редактировалось 1 раз.

[Arpad]

С учетом принятой точности - 8бит, мы имеем постоянную времени равную ~7*(1000 Ом*5пФ)=35000нс

Ошибка в расчетах на 3 порядка ...... ~7*(1000 Ом*5пФ)=35нс

[DrLivsy]

С учетом принятой точности - 8бит, мы имеем постоянную времени равную ~7*(1000 Ом*5пФ)=35000нс

Ошибка в расчетах на 3 порядка ...... ~7*(1000 Ом*5пФ)=35нс

Спасибо, это не совсем ошибка, это описка. Правильно будет так:
"С учетом принятой точности - 8бит, мы имеем постоянную времени равную ~7*(1000 Ом*5пФ)=35000пс"
Если бы я по настоящему ошибся, то емкость Cext была бы 233нФ.
ЗЫ. Продолжаю знакомство с STM32F303 - это таки "читерный чипок"!
В нем есть даже пара таймеров, которые тактируются от 144МГц и ловят импульсы длительностью 10нс!
Это - поможет в реализации. Например можно сделать частотомер на 50Мгц, Без делителя.

[dosikus]

Например можно сделать частотомер на 50Мгц, Без делителя.

Давно уже на 103ем на 150МГц сделан, и без обвеса ...

[DrLivsy]

Например можно сделать частотомер на 50Мгц, Без делителя.

Давно уже на 103ем на 150МГц сделан, и без обвеса ...

И шо, работает? А я думал, что без "core independent" таймера такое нереально.
Интересно, скоко тогда F303 намеряет?

[HHIMERA]

Теоретически... где-то до 576МГц...
Практически... никто выше 200МГц не мерял... Там уже быстрее... как повезёт... ограничение по технологии...

[Arpad]

Главное поддерживать в себе задор. Юношеский максимализм в отставку, надо перейти на принцип: кончать сплошную и пустую и
несуразную дедукцию, и курс на реалистичную продукцию. Чтобы грандиозные планы остались не только планами, нужен также
и грандиозный исполнитель!! Но все, почему-то переключились на канал --- Дружные Советы от Радио Армении_ онлайн.
Можно ли, или как с ....? Но нет, так как все прохожие отвлекают, и сбивают почти отлаженный темп своими советами и жестами.

Мой совет начните «Мурзик как клон Хамелеона» даже без входной части оного. Чисто на STM32F303VCT6 или STM32F3discovery
на начальном этапе. Далее можно перейти на 2 или 4 канала без чередования. И далее с чередованием по 1-2 канала, но уже с
ускоренной выборкой в 2 или 4 раза. Действовать надо маленькими шагами, но уверенными.

[DrLivsy]

Спасибо.
Юношеский задор сейчас тратится на вдумчивое чтение литературы по теории операционного усиления, т.к. без операционника на входе АЦП его показания здорово дрожат Они дорогие, а параметры - чаще рекламные, надо хорошо в них разобраться. Что бы не тратить лишние деньги. Например вера в 3дБ-ельный диапазон сопутсвует погрешности в 1,4 раза. Это неприемлемо для измерительного прибора. Реально-полезные показатели от 10 до 100 раз ниже заявляемых производителем.
Исследования других проектов выявили наиболее близкую концепцию/реализацию DSS-31 (Радио 2012, январь-февраль).
Работа нескольких АЦП с чередованием полезна в режиме квантования в реальном времени. Для эквивалентного квантования периодических сигналов она только сокращает время измерения, которое на тех частотах (1МГц и более) не существенно.
Кроме того, лично мне пока проще приделать ЖКИ от мобилки по SPI, чем софтину под винду через ЮСБ.
Сам по себе STM32F303 видится очень привлекательным для этого проекта. Время зарядки конденсатора на входе АЦП - 21нс (в DSS-31 применен АЦП с 420нс Sampling time, в 20 раз большим). Это намекает на полосу порядка 10ти раз больше, чем у DSS-31. Крайне интересен вопрос, при длительности периода входящего сигнала, соизмеримого с 21 нс, до какого значения зарядится конденсатор? Есть надежда, что уровень заряда будет примерно равен мгновенному значению. Я пока особо не считал, но емкость конденсатора - 5пФ, сопротивление ключа - до 1кОм. Постоянная времени - 5нс или меньше. Тут только практика покажет.
Время преобразования у АЦП - фиксированное. Оно зависит только от заданной точности. 8 бит - 10 циклов АЦП, 12 бит - 14 циклов АЦП, то есть на 2 цикла больше точности. Особенно приятно, что по завершении зарядки конденсатора можно сгенерировать прерывание. Это дает возможность сверяться с таймером/частотомером в режиме эквивалентных выборок и вообще в поможет реализовать схему/подпрограмму синхронизации.
В целом, все очень заманчиво, кроме моих способностей.

[Arpad]

В целом, все очень заманчиво, кроме моих способностей.

Не надо прибедняться, все в твоих руках и пожеланиях, все подвластно, кроме времени.
Талант = это дар Природы, умноженный на Ваши усилия. Талант может быть обнаружен, если сами работаем над ним, не жалея себя до седьмого пота,
и не бывает слишком поздно, (но в меру) чтобы обнаружить и развить свой. Но и не ждите, что кто-то с легкостью согласиться тратить на вас время и
усилия, ничего не получая взамен.
…….вдумчивое чтение литературы по теории операционного усиления.
Но без практического закрепления прочтенного материала, и без личной перепроверки теории и самих ранее полученных знаний, и без лично собранных рабочих
макетов – «путь в никуда». Без временных и денежных пожертвований никак не обойтись!! Рекомендуется резко занизить до минимума или забросить все вредные привычки.
……Кстати [b]«Track-and-Hold Acquisition Time AD7822 200ns max» [/b]
Но с STM32F3хх не так там все радужно как сразу кажется, но почти до порядка или чуть более еще улучшить все-таки можно, задействовав 2-4 АЦП вместе.
Сравнение на пальцах возможностей канала АЦП STM32 -- AD7822 при 8 битах в пользу STM32 3-7 раза.
…….Крайне интересен вопрос, при длительности периода входящего сигнала, соизмеримого с 21 нс, до какого значения зарядится конденсатор? Затея сомнительная – ловим фантом,
которого вероятно и весьма вероятно и не поймаем или весьма редко и случайно, поймаем и что и как дальше, будем интерпретировать.
Не стоит свято верить всему, что пишут в интернете и или на стенке/заборе. Вот надо принять к сведению это, и хорошо подумать, вот это «ДА».

Вложения

Мурзик.jpg

(116.09 KiB) Скачиваний: 1365

[DrLivsy]

Я денек посчитаю/порисую и выложу вариант усилителя Y.
У СТМ32 не все входа АЦП равнозначны, есть "быстрые", а есть "медленные". Видимо, дело в качестве ключа перед конденсатором. На "медленном" канале время зарядки больше.

Кроме того, на входе обязательно должен быть операционник с замороченно-обсчитанным обвесом для уверенной зарядки конденсатора. Его выход нужно стабилизировать, т.к. конденсатор АЦП подключается только кратковременно, а остальное время выход висит в воздухе. На предыдущей странице упоминали.

Cext - не только паразитная емкость. Ее надо просчитать и поставить.

Кстати, именно наличие на входе АЦП этого "нагнетателя" и дает повод надеяться на быструю зарядку конденсатора даже сигналом с периодом соизмеримым с Sampling time.

[balmer]

Любой ОУ с замкнутой ООС имеет очень маленькое выходное сопротивление - доли ома. LMH6643 в том числе.

А мне AD8130 нравятся. С дифференциальным входом и "excellent common-mode rejection
(70 dB @ 10 MHz)". Впрочем это скорее всего из-за того, что понимаю как на симметричной линии обеспечить хорошую защиту от помех, а что делать с нессимметричной линией - не знаю.