Proyecto de fin de carrera
Implementación de un osciloscopio USB
Pablo Hoffman, Martin Szmulewicz
Univerisidad ORT, Uruguay
Contenido de la presentación
- Introducción
- Objetivos y requisitos
- Planificación y cronograma
- Funcionamiento de un osciloscopio
- Etapa de análisis
- Areas de diseño
- Diseño, implementación y próximos pasos
Objetivo
- Construir osciloscopio comercializable a nivel educativo.
- Debe competir en prestaciones y costos con un osciloscopio analógico tipico
- Protección
- Manejo confortable
- Tektronic 2205 - 20 Mhz ~ U$S 600
Especificaciones esperadas
- Ancho de banda: 10-20 Mhz para señales periódicas
- Costo: osciloscopio análogico en Uruguay: U$S 800
- Mecanismo de gatillado básico
Prestaciones adicionales
- Compensan deficiencias con osciloscopio analógico
- Captura de señales no periódicas a baja frecuencia
- Detección de transitorios
- Capacidad de procesar digitalmente los resultados
Planificación
- Primeras dos semanas
- Pautas, etapas, objetivos y plazos
- Herramienta de trabajo: TWiki
TWiki
- seguimiento del progreso del proyecto (bitácora)
- registro de cambios
- bitácora de reuniones con el tutor
- apuntes y seguimiento de las investigaciones
- repositorio de información administativa
- tormenta de ideas para el diseño
- desarollo de documentos entregaables (ante-proyecto, presentación)
- notificaciones por mail
- página web
Cronograma
Diagrama de Gantt
| Jun.05 | Jul.05 | Ago.05 | Set.05 | Oct.05 | Nov.05 | Dic.05 | Ene.06 | Feb.06 | Mar.06 | Abr.06 | ||||||||||||
| Planificación | ||||||||||||||||||||||
| Análisis | ||||||||||||||||||||||
| Presentación oral | ||||||||||||||||||||||
| Diseño | ||||||||||||||||||||||
| Implementación | ||||||||||||||||||||||
| Documentación | ||||||||||||||||||||||
| Entrega | ||||||||||||||||||||||
| Defensa | ||||||||||||||||||||||
Mecanismos de disparo
- Para estabilizar imágen (osciloscopios analógicos)
- no es necesario (se hace por software)
- Para detectar transitorios (solo osciloscopios digitales)
- también se hace por software
- Disparo externo
- más dificil de implementar por software
Métodos de muestreo
- Tiempo real
- Unica forma de medir transitorios y señales no periódicas
- Tiempo equivalente (aleatorio, secuencial)
- requiere ADC con mayor ancho de banda
- Submuestreo
- se podria hacer por software también
Areas de diseño
- Hardware analógico
- Adaptación y protección de la entrada (etapa de entrada)
- Hardware digital
- Control de la placa, adquisición de los datos y comunicación con la PC
- Software
- Desarollo del protocolo de comunicación y el software (driver) para controlar el osciloscopio
Alternativas de diseño
Tres arquitecturas básicas:
- Usar un único chip con ADC y USB integrado
- Usar un sistema linux embedded (ETRAX)
- Usar un PIC con ADCs externos y memorias para las capturas
Arquitecura: Chip único
Ventajas:
- Simplifica diseño del hardware
- Soluciona varios problemas de conectividad
Desventajas y limitaciones:
- Velocidad del ADC (1 MSPS)
- Nos atamos a este chip. Extensibilidad nula
Arquitecura: Linux embedded
- Procesador analizado: Axis ETRAX (100 Mhz, 4 ciclos por instrucción)
- Conexión a DMA (2 canales externos, burst mode)
- En modo ráfaga, un ciclo DMA = 5 ciclos de reloj (Velocidad máxima de caputra = 10 MSPS)
- Se requiere el uso de un linux en tiempo real (RTAI o RTLinux)
- Interfaz web (HTML y Java). Funcionamiento stand-alone
Arquitecura: Linux embedded (2)
Ventajas:
- Excelente plataforma de desarollo (linux)
- Capacidad de funcionar stand-alone via ethernet (sin depender de una PC)
- Conexion a disco USB
- Upgrades de firmware
Desventajas y limitaciones:
- Placa de desarollo: U$S 260
- 10 Mhz ancho de banda
Arquitecura: PIC + ADC + memoria
Ventajas:
- PIC para control
- ADCs externos rápidos
- Contadores para manejo de memoria a alta frecuencia
- Diseño extensible
- Permite adquirir más experiencia con dispositivos electrónicos
Desventajas y limitaciones:
- Lógica del hardware sensiblemente complicada
Arquitecura: PIC + ADC + memoria
PIC: Limitaciones
Limitaciones a tener en cuenta:
- USB 1.1: 12 Mbit/s = 1.5 Mb/s (limite trasnferencia en tiempo real: ~ 1.2 MSPS)
- Memoria disponible para guardar las capturas
- Velocidad de procesamiento (detección de transitorios y similares)
- Velocidad de captura : 80 MSPS (Texas ADS831)
PIC: Alimentación de la placa
- Contador: 2 x 113 mA (typ)
- Memoria: 2 x 55 mA (typ)
- ADC: 2 x 58 mA (typ)
- Total: 452 mA (typ) (sin incluir al PIC)
- USB brinda: 5V nominales, 500mA
- Conclusión: se precisa alimentación externa
PIC: Hardware seleccionado
- PIC 18F4550 ( 48 Mhz, 34 I/O, 32K flash, USB 1.1 builtin )
- Contador Fairchild 74F269 (8 bit, 100 Mhz) para manejar la memoria
- SRAM Texas BQ4011 (32Kx8)
- ADC Texas ADS831 (8 bit, 80 Mhz)
Próximos pasos
- terminar el diseño de las tres áreas
- comprar los componentes
- ensamblar prototipo
- programar PIC
- escribir driver
- depurar
- documentar
Links
- http://pablohoffman.com/twiki (Wiki del Proyecto)
- http://pablohoffman.com/slides/oscusb (Esta presentación)
- http://xoscope.sourceforge.net/ (xoscope)
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