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mini_instru [2021/03/07 10:13] gongyusu |
mini_instru [2021/08/06 11:22] (当前版本) gongyusu [特性指标：] |
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| - | ## 简易多功能掌上仪器 | + | ## 基于LPC845的多功能掌上仪器 |
| - | 设计一款成本在30-40元左右的简易口袋仪器，定位在校学生随身携带，能够通过“定性”的方式使用，指标要求不高。具体要求如下： | + | ### 特性指标： |
| - | * 双路可调直流电压输出 - -4V -+4V，每路能够支持的电流为20mA | + | * **双路可调直流电压输出** |
| - | * MCU输出PWM信号，平均值为0.5-3V来得到，0.5V的输出对应于4V DC，3V的输出对应于-4V | + | * 输出电压的范围：-4V -+4V，每路能够支持的电流为10mA（采用TL974，若要输出更高的电流，可以更换跟TL974管脚兼容的运算放大器） |
| - | * 双路示波器 - 1Msps采样率，100KHz模拟带宽，输入信号幅度最大10Vpp | + | * MCU输出PWM信号，平均值为0.5-3V来得到-4V到+4V的直流电压，因为使用了反相放大器的缘故，0.5V的输出对应于4V DC，3V的输出对应于-4V |
| - | * 采用LPC845可以支持最高单通道1.25Msps的采样，双通道同时工作时为0.625Msps，对于100KHz的信号，每个周期有6个以上采样点 | + | * 用PWM生成直流电压，可以采用截止频率比较低的低通滤波器对纹波进行滤除，因此PWM的精度可以较高，比如10位，分辨率为8V/1000 = 8mV |
| - | * 采样缓存建议为每次1K个点，MCU通过DMA获取以后进行处理，对于不同刻度，不同频率的信号，可以调节采样率来进行最佳适配，LCD上的显示为一屏200个点，通过UART送到PC上为一屏1000个点 | + | * **双路示波器** |
| + | * LPC845内置的ADC采样率为1.2Msps，单通道采样时可以达到的最高采样率，如果双通道同时采样，每个通道能够达到的最高采样率为600Ksps，考虑到采样率的限制，设定被采样的模拟信号的模拟带宽为100KHz，一个周期里可以有至少6个采样点。 | ||
| * 外部的模拟电路将输入信号做10:3.3的衰减，MCU的ADC量程为0-3.3V，因此10Vpp的信号将变为3.3Vpp，0V的输入对应于1.65V的中间值，由于器件存在偏差，可以在开机的时候做一下校准，没有任何输入的时候，测定ADC后的值进行偏移处理 | * 外部的模拟电路将输入信号做10:3.3的衰减，MCU的ADC量程为0-3.3V，因此10Vpp的信号将变为3.3Vpp，0V的输入对应于1.65V的中间值，由于器件存在偏差，可以在开机的时候做一下校准，没有任何输入的时候，测定ADC后的值进行偏移处理 | ||
| * 外部电路不做AC/DC耦合的切换，如果需要AC耦合，可以通过软件的方式进行处理 - 计算平均值，减掉平均值 | * 外部电路不做AC/DC耦合的切换，如果需要AC耦合，可以通过软件的方式进行处理 - 计算平均值，减掉平均值 | ||
| - | * 一路任意波形发生器 - 最高100KHz频率分量的任意波形，输出信号的幅度为-4V ~ 4V可调节，直流偏移可以调节 | + | * **一路任意波形发生器** |
| - | * LPC845能够通过内部10位的DAC产生0-3.3V的模拟信号，通过外部电路映射到-4V 到4V，DAC的数字量为0的时候，输出信号为4V，DAC的数字量为1023的时候，输出信号为-4V，DAC的数字量为511的时候输出信号为0，因此在LPC845内部的RAM中生成波表（256 * 10位），即可通过DAC得到分辨率为10bit的DDS任意波形输出，DAC的转换率最高为1Msps，输出模拟信号的最高值设定为100KHz | + | * LPC845内部有10位的DAC，转换率为最高1Msps，能够产生0-3.3V的模拟信号，通过外部电路映射到-4V 到4V，DAC的数字量为0的时候，输出信号为4V，DAC的数字量为1023的时候，输出信号为-4V，DAC的数字量为511的时候输出信号为0，因此在LPC845内部的RAM中生成波表（256 * 10位），即可通过DAC得到分辨率为10bit的DDS任意波形输出 |
| - | * 如果采用STM32G031，可以通过PWM来做DAC使用，其定时器频率为128MHz，RAM的波表设定为256 * 8位（牺牲2位以实现100KHz的最高频率），其转换频率最高为500KHz，因此生成100KHz的模拟信号每个周期可以有5个点，经过LPF以后还可以得到质量较高的波形，但波形的分辨率（对应于SFDR）只有8位，对于一般的测试足够了。 | + | * DAC的转换率最高为1Msps，输出模拟信号的最高值设定为100KHz |
| - | * 一路数字波形发生器 - 可以调节频率和占空比，频率调节范围为1MHz | + | * **一路数字波形发生器** |
| - | * 类似PWM | + | * 可以调节频率和占空比，频率调节范围为最高1MHz |
| * 带有1.54寸240*240彩色LCD显示，脱离PC也可以进行基本的测试 | * 带有1.54寸240*240彩色LCD显示，脱离PC也可以进行基本的测试 | ||
| * 建议选择200 * 200的区域用于波形显示，右侧32 * 200的区域用于菜单，下面的240 * 40用于显示测量的参数和信息/状态 | * 建议选择200 * 200的区域用于波形显示，右侧32 * 200的区域用于菜单，下面的240 * 40用于显示测量的参数和信息/状态 | ||