Компания Gabotronics выпускает отладочную плату для изучения возможностей микроконтроллеров Atmel семейства XMEGA, которая представляет собой многофункциональный осциллограф смешанных сигналов и анализатор спектра с генератором сигналов произвольной формы. Дополнительно имеется два цифровых канала для использования прибора в качестве логического анализатора.
Для визуализации данных, организации пользовательского интерфейса и меню управления используется графический ЖК дисплей с разрешением 128×128 точек. Все электронные компоненты и органы управления размещаются на двухсторонней печатной плате.
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;
- анализатор спектра;
- возможность одновременной работы генератора и осциллографа;
- графический ЖК дисплей с люминесцентной подсветкой, разрешение 128×128 точек;
- PDI интерфейс для программирования и отладки;
- интерфейс RS-232 для коммуникации с ПК;
- управление с помощью двух энкодеров и 7-кнопочной клавиатуры;
- звуковое оповещение (буззер) ;
- потребление 120 мА;
- питание от внешнего источника 6 – 9 В.
Спецификация измерительного прибора:
- осциллограф:
- 1 аналоговый канал;
- 2 цифровых канала (уровень – 3.5 В);
- аналоговая полоса пропускания – 2 МГц;
- максимальная скорость выборки – 16 Msps;
- разрешение АЦП – 8 бит;
- аналоговая синхронизация и внешняя цифровая синхронизация;
- вертикальный и горизонтальный курсоры;
- входное сопротивление – 1 МОм;
- размер буфера – 256;
- максимальное входное напряжение - ±25 В (при использовании делителя 1:10 входной диапазон ±250 В);
- генератор сигналов произвольной формы:
- 1 аналоговый канал;
- максимальная скорость конвертирования – 1 Msps;
- разрешение – 8 бит;
- низкое выходное сопротивление;
- размер буфера – 256;
- максимальное выходное напряжение – ±3.5 В.
Принципиальная схема прибора
В устройстве используется микросхема аналого-цифрового преобразователя от компании Texas Instruments ADS931, которая подключена к микроконтроллеру по 8-битному параллельному интерфейсу.
Основные характеристики АЦП ADS931:
- одноканальный, быстродействующий АЦП;
- эффективное разрешение 7.2 бит;
- внешний источник опорного напряжения;
- напряжение питания 2.7 В – 5.5 В;
- параллельный интерфейс;
- аналоговая полоса пропускания 100 МГц;
- режим пониженного энергопотребления;
- корпус: 28-выводный SSOP.
Входная аналоговая часть выполнена на широкополосных операционных усилителях с низким потреблением OPA2889 с частотой пропускания 75 МГц. Операционные усилители сохраняют работоспособность в широком диапазоне питающего напряжения 2.2 – 12 В. Благодаря такому решению возможна регулировка смещения уровня и компенсации сигнала.
Выходной каскад генератора сигналов произвольной формы выполнен на двухканальном операционном усилителе AD8039, имеющем полосу пропускания 350 МГц и низкое потребление энергии. Один его канал используется в выходном каскаде генератора, второй канал используется в схеме источника напряжения +2 В для АЦП.
ЖК дисплей Optrex DMF5008 подключается к микроконтроллеру по 8-битному интерфейсу, а также используются сигнальные линии управления. Основные параметры дисплея:
- встроенный контроллер SED1335;
- разрешение 128×128 точек;
- в текстовом режиме – 21×16 символов;
- 8 КБайт встроенная память для графики и текста;
- электролюминесцентная подсветка;
- напряжение питания 5 В.
Как видно по схеме, для питания микроконтроллера и аналоговой части требуется наличие следующих напряжений: +3.5 В, +5 В, –5 В, а также напряжение для подсветки индикатора.
Для питания микроконтроллера напряжение 3.5 В поступает с микромощного малошумящего стабилизатора с низким падением напряжения LP2985IM5-3.5. Нагрузочная способность данного стабилизатора 150 мА.
Для питания операционных усилителей требуется наличие двуполярного источника напряжения +5 В и –5 В. Для решения этой задачи применяется регулятор напряжения MC33375D-5.0 и интегральный DC/DC преобразователь TPS60403 (charge pump – с подкачкой заряда).
Подсветка ЖК дисплея является электролюминесцентной, поэтому для управления применяется специальный драйвер MIC4832. Управление контрастностью дисплея осуществляется потенциометром R1.
Конвертер уровней интерфейса RS-232 выполнен на транзитсорах Q1, Q2, Q3.
Источником тактовой частоты для микроконтроллера является кварцевый резонатор 16 МГц. Управление, навигация по меню, настройка параметров осуществляются с помощью клавиатуры K1-K7 и двух энкодеров.
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.
Загрузки
Следующая часть статьи посвящена руководству пользователя, пользовательскому интерфейсу, меню управления и настройкам 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.
