Реализация виртуального осциллографа на базе микроконтроллера STM32
Автор: Дмитриев Вячеслав Михайлович, Гембух Лев Алексеевич, Сахабутдинов Александр Евгеньевич
Рубрика: Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы
Статья в выпуске: 4 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены структурно-функциональная схема виртуального осциллографа, описание макетной платы, описание блока «COM-порт». Представлены режимы работы аналого-цифрового преобразователя и UART в микроконтроллере STM32. Из представленных режимов работы выбраны оптимальные для работы блока виртуального осциллографа. Цель исследования: разработать виртуальный осциллограф на основе микроконтроллера STM32, предложив его структурно-функциональную схему. Материалы и методы. Для разработки структуры виртуального осциллографа необходимо спроектировать схему его взаимодействия с лабораторной установкой, выбрать оптимальный метод для снятия напряжений с точек макетной платы и способ их передачи на компьютер. Также необходимо реализовать блок COM-порта и его взаимодействие с блоком виртуального осциллографа в среде моделирования. Результаты. Разработана структурно-функциональная схема программно-аппаратной реализации работы виртуального осциллографа. Описаны режимы работы аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера STM32. Описаны режимы передачи данных по UART в STM32. Представлен формат передаваемых по UART кадров. Также реализован блок COM-порта и его взаимодействие с блоком виртуального осциллографа в среде моделирования МАРС. Заключение. В результате рассмотрения методов работы с внутренним аналого-цифровым преобразователем микроконтроллера STM32 и методов работы с UART был сделан вывод, что оптимальным режимом работы является работа с использованием технологии прямого доступа к памяти. Использование виртуального осциллографа позволяет сделать более удобным отображение аналоговых сигналов за счёт использования большого монитора компьютера. Также реализация на компьютере позволяет реализовать функционал для сравнения и хранения информации с множества каналов и сделать удобным масштабирование графика отображаемого сигнала. Использование внутренних аналого-цифровых преобразователей микроконтроллера позволяет значительно сэкономить на покупке реального осциллографа.
Виртуальный осциллограф, микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, uart, dma, com-порт
Короткий адрес: https://sciup.org/147239452
IDR: 147239452 | DOI: 10.14529/ctcr220407
Список литературы Реализация виртуального осциллографа на базе микроконтроллера STM32
- Ping Gong, Wei Zhou. Design and Implementation of Multifunctional Virtual Oscilloscope Using USB Data-Acquisition Card // International Workshop on Information and Electronics Engineering (IWIEE). 2012. P. 3245-3249. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.01.474
- Slavko Kocijancic, Colm O'Sullivan. Real or Virtual Laboratories in Science Teaching -is this Actually a Dilemma? // Informatics in Education. 2004. Vol. 3, no. 2. P. 239-250. DOI: 10.15388/infedu.2004.17
- МАРС - среда моделирования технических устройств и систем / В.М. Дмитриев, A.В. Шутенков, Т.Н. Зайченко, Т.В. Ганджа. Томск: В-Спектр, 2011. 278 c.
- Дмитриев В.М., Ганджа Т.В., Панов С.А. Система виртуальных инструментов и приборов для автоматизации учебных и научных экспериментов // Программные продукты и системы. 2016. № 3. С. 154-162.
- Nikola Zlatanov. ARM Architecture and RISC Applications. IEEE Computer Society, 2016. 20 p.
- FTDI chip [Электронный ресурс]. URL: https://ftdichip.com (дата обращения: 11.08.2022).
- Jian Huang. Research of Serial Communication Based on STM // 7th International Conference on Education, Management, Information and Computer Science, Advances in Computer Science Research. 2017. Vol. 73. P. 191-193.
- Кудрявцев И.А., Фалкин В.Д. Электронные ключи: учеб. пособие. Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2002. 24 с.
- Измерение отрицательного напряжения с помощью АЦП [Электронный ресурс]. URL: https://hubstub.ru/circuit-design/92-kak-izmerit-otricatelnoe-napryazhenie-s-pomoschyu-acp.htm (дата обращения: 10.08.2022).
- Mohsen Fallah, Seyyed Alireza Davodi Navokh, Mehran Mozaffari-Jovein. STM32 ADC Tutorial with application to real-time control. Mashhad: Ferdowsi University of Mashhad, CAD/CAM Laboratory, 2021. 65 p.
- Carmine Noviello. Mastering STM32. Leanpub, 2017. 792 p.
- Umakanta Nanda, Sushant Pattnaik. Univer Universal Asynchronous Receiver and Transmitter (UART) // 3rd International Conference on Advanced Computing and Communication Systems (ICACCS). 2016. P. 1-5, DOI: 10.1109/ICACCS.2016.7586376
- Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) [Электронный ресурс]. URL: http://themagicsmoke.ru/courses/stm32/adc.html (дата обращения: 11.08.2022).
- Teng Gao, Ji-Yan Zou, De-Quan Wang, Jin-Hua Din, and Zhen-Yuan. CDT Communication Protocol Realization based on STM32 // International Conference on Education, Management, Information and Medicine (EMIM 2015). 2015. P. 100-106. DOI: 10.2991/emim-15.2015.20
- СВИП - система виртуальных инструментов и приборов / В.М. Дмитриев, Т.В. Ганджа, B.В. Ганджа, Ю.И. Мальцев. Томск: В-Спектр, 2014. 216 с.
