Двухканальный USB осциллограф на STM32 - Miniscope v2c

Ниже представлен проект недорого USB осциллографа с применением STM32 микроконтроллера. Особенности устройства:
- использование очень дешевых STM32F103 микроконтроллеров в LQFP48 корпусе.
- односторонняя печатная плата, удобная для изготовления в домашних условиях.  
- выборка 2x461kSps (2x300kSps в старых версиях), 8 бит, передача данных по USB в реальном времени.
- прошивка по UART.
- диапазон рабочих напряжений 0 - 6.6 Вольт.  Нестандартное входное сопротивление 20 кОм (к несчастью, большее значение вызывает помехи на АЦП. Возможно, это можно исправить использованием ОУ. Обратите внимание: сопротивление может быть увеличено при использовании новой прошивки, которая использует отдельный АЦП для каждого канала).

Сигнал 300 мВ снятый при помощи miniscope v4:

Общая стоимость компонентов не превысила 10$.

Принципиальная схема USB-осциллографа:

Печатная плата - односторонняя, размер 66мм x 36мм.

Среда разработки

Для разработки miniscope v2 необходимо было выбрать среду разработки для STM микроконтроллеров. В этом файле лежат примеры проекта для IAR, Keil, RIDE, HiTop и TrueSTUDIO. К сожалению, не один из них мне не подошел. RIDE и HiTop требуют покупки лицензии через 7 дней. Пробные версии IAR и Keil имеют ограничение на размер кода и забирают очень много дискового пространства. То же самое с TrueSTUDIO.

В результате я выбрал CooCox, дистрибутив которого весит 115 МБ и около ~ 800 МБ после установки и распространяется бесплатно.

Прошивка микроконтроллера

На плате нет JTAG/SWD разъема, так как прошивка должна быть загружена по UART. Чтобы войти в режим загрузки, нажмите и удерживайте кнопку BOOT при нажатии кнопки RESET. Программа STM "Flash Loader Demo" без проблем работает с USB-UART переходником. Нормальное напряжение на выводах микроконтроллера 5В, поэтому можно использовать 5 или 3.3В RS232-UART/USB-UART переходник.

Кнопка RESET может быть удалена - микроконтроллер переходит в режим загрузки при нажатой кнопке BOOT если USB подключен.

Так как USB подключено без 1.5 кОм подтягивающих резисторов, его необходимо заново подключить после прошивки.  

Проект для тестирования микроконтроллера и зуммер: stm32scopeTest.7z

Советы по передаче данных по USB

Используйте CDC в качестве шаблона. Есть две конечных точки BULK. Для повышения скорости CDC потребуются небольшие изменения.
1. Уменьшите значение VCOMPORT_IN_FRAME_INTERVAL. Я не уверен, что значение = 1 подходит при двунаправленной передаче, поэтому я поставил значение = 2.
2. Увеличение значения USART_RX_DATA_SIZE. Я использовал 8192 байт (2 х 4 Кб), но я думаю, что существенной разницы при использовании  4096 байт.
3. Изменение Handle_USBAsynchXfer, т.к. он не будет передавать данные, если USART_Rx_Buffer будет полный. Таким образом, после каждого номера SOF будет отправлен максимальный по номеру байт.

Убедитесь, что на ПК приложение постоянно готово к приему данных. Убедитесь, что приоритет чтения для него выше,  чем у других приложений. Я использовал libusb, поэтому я использовал сочетания usb_submit_async / usb_reap_async для задания очереди запросов чтения.

Я не интересовался высокой скорость передачи данных с ПК, поэтому у меня нет советов по этому поводу. Miniscope v2c оправляет данные на ПК с максимально возможной скоростью. Данные отправляемые с ПК незначительны (ID запроса, изменение аналогового усиления).

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Оригинал статьи

Теги:

• Перевод
• CooCox CoIDE
• Eagle
• Микроконтроллер
• STM32
• USB
• Осциллограф