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
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
Загрузки
Принципиальная схема (pdf) – скачать
Список компонентов (xls) – скачать
Расположение элементов на печатной плате (pdf) - скачать
Следующая часть статьи посвящена руководству пользователя, пользовательскому интерфейсу, меню управления и настройки параметров прибора, а также будет предоставлен исходный код программы и hex-файл для программирования микроконтроллера.
Компания Gabotronics реализует все необходимые для сборки комплектующие, печатную плату, а также готовое к работе устройство.
