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.

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

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

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.

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

Кликните для увеличения

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

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