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[示波器] 提升 H7-TOOL示波器硬件指标, 设计250M采样率转接板

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发表于 2022-2-26 15:45:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
目前TOOL的示波器是用CPU内部ADC实现的,双通道2Msps采样率,16bit。应对串口波形,I2C波形,音频信号场合是没问题的。
对于频率较高的波形,则无能为力。

我们正在设计一款外置示波器模块,可以直接插到TOOL上使用。这样早期的用户也可以方便的升级硬件。

【结构】
1、大小和BNC头转接板差不多大,分2个板子,上下安装亚克力保护板
2、上面的板子是引脚排针和BNC插座
3、下面的板子是示波器核心部分
250M_DSO.png

【主要指标】
1、单通道250Msps,双通道125Msps
2、模拟带宽 > 50M
3、电压量程: ±40V ±10V ±2.5V ±1V ±250mV ±65mV ±16mV
4、硬件触发 CH1或CH2触发源

【硬件方案】
1、树莓派单片机 RP2040
2、ADC选AD9288或MXT2088
3、和TOOL通信方式串口或SPI待定

电路原理图:
D391-1_250M示波器模块_原理图.pdf (157.91 KB, 下载次数: 545)


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 楼主| 发表于 2022-2-26 16:20:36 | 显示全部楼层
占位2楼

2022-02-26  晚些时候发布第1版原理图(还未投板)。开始踩坑树莓派单片机。
2022-03-02  第1版电路设计已经完成,已投板。
2022-03-09  第1版电路板样板已到(BNC板是双层板,ADC板是四层板)

2022-03-10  样板焊接完成。
2022-03-23  底层pio程序调通。125M双通道不间断采集到内存。
2022-04-15  SPI双向通信完成,25M.  I2C接口驱动OK. 已实现读写校准参数和扩展IO控制。
2022-04-18 测试PWM控制输出正负0.625V触发电压,程序和电路验证OK, 1.9K频率,16位分辨率调节.
2022-04-26 已在PC端显示波形,不过前端模拟电路的运放自激,待解决。





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发表于 2022-2-26 16:47:52 | 显示全部楼层
非常赞。越来越强大了。
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发表于 2022-2-27 10:27:22 | 显示全部楼层
这可以有。
Ever tried. Ever failed. No matter. Try Again. Fail again. Fail better.
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发表于 2022-2-27 12:13:14 | 显示全部楼层
这个软硬件开源吗
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发表于 2022-2-27 19:38:42 | 显示全部楼层
转接板前端CH1 和 CH2 附近可以放两个铜柱,正好做支撑用
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 楼主| 发表于 2022-2-28 00:18:18 | 显示全部楼层
Biby 发表于 2022-2-27 19:38
转接板前端CH1 和 CH2 附近可以放两个铜柱,正好做支撑用

有4个M2铜柱,底面的铜柱选择合适高度就可以正好平放到桌面。
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发表于 2022-2-28 05:25:23 | 显示全部楼层
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发表于 2022-2-28 09:45:39 | 显示全部楼层
示波器前端电路吗?可以用到示波器3代吧
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发表于 2022-2-28 10:33:29 | 显示全部楼层
开始踩新坑啊~~~赞一个,永远探索的心。
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发表于 2022-3-1 10:32:21 | 显示全部楼层
非常期待!希望大佬早日做出来买一个加上
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发表于 2022-3-1 16:46:40 | 显示全部楼层
lovelessing... 发表于 2022-2-28 09:45
示波器前端电路吗?可以用到示波器3代吧

可以飞线使用。
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发表于 2022-3-1 17:31:16 | 显示全部楼层
树莓派单片机支持这个ADC速度吗
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发表于 2022-3-1 17:43:05 | 显示全部楼层
hkchenhao 发表于 2022-3-1 17:31
树莓派单片机支持这个ADC速度吗

是的。

树莓派单片机PIO+DMA高达250MHz的GPIO读写速度
https://www.armbbs.cn/forum.php? ... 4163&fromuid=58
(出处: 硬汉嵌入式论坛)
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 楼主| 发表于 2022-3-2 23:13:04 | 显示全部楼层
已上传原理图
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发表于 2022-3-3 10:00:49 | 显示全部楼层

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发表于 2022-3-4 08:50:10 | 显示全部楼层
坐等上架
代码不规范,亲人两行泪!
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发表于 2022-3-7 08:39:52 | 显示全部楼层
感谢分享,参考一下。
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发表于 2022-3-7 10:44:04 | 显示全部楼层
牛,牛,牛!
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发表于 2022-3-7 10:44:45 | 显示全部楼层
会出树莓派的教程吗?
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发表于 2022-3-7 11:20:01 | 显示全部楼层
bigbigcong 发表于 2022-3-7 10:44
会出树莓派的教程吗?

暂时还没有出树莓派教程的打算。
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 楼主| 发表于 2022-3-9 19:10:02 | 显示全部楼层
2022-03-09 样板已做回来了.
IMG_20220309_180639.jpg
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发表于 2022-3-9 19:48:54 来自手机 | 显示全部楼层
为啥正点原子用gd32f4就可以做到250M采样?h750应该也可以吧?或者超频后做到更高?
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发表于 2022-3-9 22:39:56 | 显示全部楼层
ifree 发表于 2022-3-9 19:48
为啥正点原子用gd32f4就可以做到250M采样?h750应该也可以吧?或者超频后做到更高?


h750不行,通用DMA的速度跟不上FMC总线速度。

后来出的h730可以,带了PSSI专用16bit接口,接AD9288这种双8bit的ADC,做个快速交替采样即可实现,但是价格比不上树莓派。

现在有了树莓派的可编程IO后,性价比更强,几块钱一片,可以当FPGA的IO控制一样使用,非常方便。而且这个模块还可以独立使用,大家用在其它地方也很方便。通过这个模板就把百兆采集玩法给大家普及起来了。

大家都可以自己玩了。

树莓派单片机PIO+DMA高达250MHz的GPIO读写速度
https://www.armbbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=104163


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 楼主| 发表于 2022-3-10 18:25:43 | 显示全部楼层
2022-03-10 焊接完成
I1.jpg

IMG_20220310_180009.jpg

IMG_20220310_175917.jpg

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发表于 2022-3-10 18:47:20 | 显示全部楼层
这个模块是不是可以单独使用?用预留的 TYPE-C加上位机软件。
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 楼主| 发表于 2022-3-10 22:02:30 | 显示全部楼层
jowo_pBuGF 发表于 2022-3-10 18:47
这个模块是不是可以单独使用?用预留的 TYPE-C加上位机软件。

可以单独使用。USB可以供电。
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发表于 2022-3-11 10:42:04 | 显示全部楼层
armfly 发表于 2022-3-10 18:25
2022-03-10 焊接完成

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发表于 2022-3-11 10:44:29 | 显示全部楼层
armfly 发表于 2022-3-10 18:25
2022-03-10 焊接完成

坐等上架
代码不规范,亲人两行泪!
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发表于 2022-3-11 12:20:24 | 显示全部楼层
RP2040不在这个模块上吗?我还专门买了10片RP2040,准备开玩。
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发表于 2022-3-11 14:42:04 | 显示全部楼层
ifree 发表于 2022-3-11 12:20
RP2040不在这个模块上吗?我还专门买了10片RP2040,准备开玩。

在转接板的另一面呢
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 楼主| 发表于 2022-3-11 23:27:49 | 显示全部楼层
补一张CPU正面图
IMG_20220311_232120.jpg



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发表于 2022-3-12 01:06:52 | 显示全部楼层
您好请问一下这个采样数据这么大是通过什么方式与单片机通讯呢?SIP或者串口通讯速率足够么?还是要先处理在rp2040上处理数据只是一个电子爱好者,对各种协议的最大通讯速率不是很确定,萌新,所以想请教您一下。之前在硬禾的群里看他们的工程师做过同方案的,应该已经实现了,只做了100M做测试好像。
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发表于 2022-3-12 08:51:08 | 显示全部楼层
c6c6c6 发表于 2022-3-12 01:06
您好请问一下这个采样数据这么大是通过什么方式与单片机通讯呢?SIP或者串口通讯速率足够么?还是要先处理 ...

使用可编程PIO,类似FPGA的玩法,驱动AD9288不需要通信协议,AD9288的通信超级简单,直接给时钟就出数据。

image.png

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发表于 2022-3-12 21:46:57 | 显示全部楼层
我想楼上问的不是RP2040度去MX2088数据的问题,而是,RP2040从ADC中将数据采样回来后,通过什么方式将数据再传递给刷屏的单片机。
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发表于 2022-3-12 22:06:19 | 显示全部楼层
ifree 发表于 2022-3-12 21:46
我想楼上问的不是RP2040度去MX2088数据的问题,而是,RP2040从ADC中将数据采样回来后,通过什么方式将数据 ...

这个本身带了264 KB的存储。直接将触发好的数据记录下来,如果需要高刷新率直接用树莓派的另一个核做波形混合实现荧光/余晖,比如做个100帧的混合渲染计算作为一帧。然后直接通过串口/SPI口发送给TOOL使用即可,即使是低速的串口也能处理的过来。这样就不需要采集一帧就发送一帧了,大大降低带宽。
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发表于 2022-4-7 10:58:28 来自手机 | 显示全部楼层
现在进度怎样,希望能够在开发过程中能够分享下测试情况。比如电路的输出底噪,带宽,硬件触发的等等的一些测试。
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 楼主| 发表于 2022-4-8 23:11:19 | 显示全部楼层
wei886 发表于 2022-4-7 10:58
现在进度怎样,希望能够在开发过程中能够分享下测试情况。比如电路的输出底噪,带宽,硬件触发的等等的一些 ...

还在开发固件。目前完成PIO的小程序,SPI从机通信和125M采集。
尽在树莓派开发板测试,还没上板调试。
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发表于 2022-4-9 09:30:13 来自手机 | 显示全部楼层
请教下,8位adc 通过过采样能提高采样精度到12bit吗?可以的话,有没有换算关系呢,比如250M采样率累加多少次可以近似12位精度?
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发表于 2022-4-9 11:08:54 | 显示全部楼层
cools1860 发表于 2022-4-9 09:30
请教下,8位adc 通过过采样能提高采样精度到12bit吗?可以的话,有没有换算关系呢,比如250M采样率累加多少 ...

过采样的本质实现就是求平均。意义不是很大。
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