The Microcontroller is the heart of

The Microcontroller is the heart of the DPScope. It is a 16-bit Microchip dsPIC30F2020 which has a lot of desirable features: Not only is it blazingly fast (it runs 32 MIPS on a 128 MHz clock - this is very slightly outside spec - max. 120 MHz - but works perfectly fine) and comes in a hobbyist-friendly DIP package; since it is geared towards digital signal processing or DSP (that's where the "ds" in the name comes from) it also has a bunch of useful mixed-signal periphery already built in:

First and most important, it has an analog-to-digital converter that can acquire samples at 2 MSamples/sec. At least that's what the spec seems to say at first glance. The reality is - it can acquire two channels simultaneously at 1 MSample/sec each, and the Microchip marketing guys simply added those two numbers... anyway, that's perfectly fine for us because we need two channels anyway. The ADC has a resolution of 10 bits, but in order to maximize acquisition speed and reduce memory requirements only the upper 8 bits get used (i.e. one byte per sample). The reason for using a 128 MHz clock is the same - at that speed the dsPIC is just barely fast enough to repeatedly sample two channels and store the data into internal memory at 1 MHz sample rate.

The analog bandwidth of the ADC is well above 1 MHz, so it's not a limiting factor in the signal chain. For sample rates faster than 1 MSample/sec - up to 20 MSamples/sec - the DPScope employs a technique called "equivalent time sampling" - basically it runs at 1 MSample/sec real sample rate and acquires only a subset of the data points at each sweep, and then overlays two or more subsequent sweeps (each with slightly increased start delay after the trigger) for a composite picture with higher effective timing resolution. You can read more details about this technique in the Tektronix application note "The XYZ of oscillscopes".

The second great feature of this microcontroller is a set of comparators with finely controllable threshold (10 bit resolution); most other Microchip devices have only very coarse compare threshold steps. These comparators are all we need to implement a full-blown scope trigger with adjustable threshold and selectable edge polarity (rising or falling edge, respectively), which cuts down on overall component count and thus cost and complexity.

The only sore point with this dsPIC is its small RAM size - just 512 bytes. Some of that is taken up by program overhead (e.g. global variables, parameter stack and so on), and it was a challenge to get at least 200 bytes per channel (actually 205, since this works out to 410 points for FFT - where only one channel as acquired at a time - and 410 is 4/5 of the 512 points needed for the FFT, which makes interpolating it to 512 points fairly straightforward); a future version of the scope may use a different dsPIC device (but right now there isn't any that has all the other features, runs at 5V, and is available in DIP package). Adding external RAM is not an option either - first, it would add cost and complexity, second, the dpPIC does not have enough output pins to control it, and third, at maximum sample rate there is no time for additional control tasks anyway. But 200 points is good enough for a full display, and in most applications the DPScope's delayed trigger capability provides exactly the same functionality that a longer capture memory would.

Finally, the dsPIC supports SPI and USART communication, which it uses to control the other devices in the DPScope (adjustable gain amplifiers, offset DAC) and communicate with the PC, respectively.
Step 9: USB Interface, Power Supply

Kết quả (Việt) 1:

Vi điều khiển là trung tâm của DPScope. Nó là một 16-bit Microchip dsPIC30F2020 mà đã có rất nhiều tính năng mong muốn: không chỉ là nó blazingly nhanh (nó chạy 32 MIPS trên một chiếc đồng hồ 128 MHz - điều này là rất nhẹ bên ngoài spec - tối đa là 120 MHz - nhưng hoạt động hoàn toàn tốt đẹp) và đến trong một gói DIP thân thiện với người nuôi cá; kể từ khi nó nhằm xử lý tín hiệu kỹ thuật số hoặc DSP (đó là nơi "ds" trong tên xuất phát từ) cũng có nghĩa là nó có một loạt các ngoại vi tín hiệu hỗn hợp hữu ích đã được xây dựng đó:Đầu tiên và quan trọng nhất, nó có một chuyển đổi kỹ thuật số tương tự mà có thể có được mẫu tại 2 MSamples/sec. At ít nhất đó là những gì spec dường như để nói ở cái nhìn đầu tiên. Thực tế là - nó có thể có được hai kênh cùng một lúc tại 1 MSample/giây mỗi, và người tiếp thị vi mạch chỉ đơn giản là thêm vào những con số hai... dù sao, đó là hoàn toàn tốt đẹp cho chúng tôi bởi vì chúng ta cần hai kênh anyway. ADC có độ phân giải 10 bit, nhưng để tối đa hóa tốc độ mua lại và giảm bộ nhớ yêu cầu chỉ trên 8 bit nhận được sử dụng (tức là một byte cho mẫu). Lý do cho việc sử dụng một đồng hồ 128 MHz là như nhau - ở tốc độ đó dsPIC như vậy là đủ chỉ vừa đủ nhanh để liên tục mẫu hai kênh và lưu trữ dữ liệu vào bộ nhớ nội bộ tại tốc độ Lấy mẫu 1 MHz.Băng thông tương tự của ADC là cao hơn 1 MHz, vì vậy nó không phải là một yếu tố hạn chế trong chuỗi tín hiệu. Cho tốc độ Lấy mẫu nhanh hơn so với MSample 1/sec - lên đến 20 MSamples/sec - DPScope sử dụng một kỹ thuật được gọi là "tương đương thời gian lấy mẫu" - về cơ bản nó chạy 1 MSample/sec mẩu thực tế tốc độ và mua lại chỉ một tập hợp con của các dữ liệu điểm ở mỗi góc, và sau đó lớp phủ hai hoặc nhiều sau đó quét (mỗi với sự chậm trễ bắt đầu hơi tăng sau khi kích hoạt) cho một hình ảnh tổng hợp với độ phân giải cao hiệu quả thời gian. Bạn có thể đọc thêm chi tiết về kỹ thuật này trong lưu ý ứng dụng Tektronix "XYZ oscillscopes".Các tính năng tuyệt vời thứ hai của vi điều khiển này là một tập hợp các comparators với kiểm soát mịn ngưỡng (độ phân giải 10 bit); Hầu hết các thiết bị vi mạch có chỉ rất thô so sánh ngưỡng bước. Các comparators là tất cả chúng ta cần phải thực hiện một kích hoạt phạm vi đầy đủ thổi với điều chỉnh ngưỡng và lựa chọn cạnh cực (tăng hoặc rơi xuống cạnh, tương ứng), mà cắt giảm trên các thành phần tổng thể tính và do đó là chi phí và phức tạp.Các điểm chỉ đau với dsPIC này là kích thước nhỏ RAM của nó - chỉ 512 byte. Một số trong đó thực hiện bởi chi phí chương trình (ví dụ như toàn cầu biến, tham số ngăn xếp và vv.), và nó là một thách thức để có được ít nhất 200 byte cho mỗi kênh (thực sự 205, vì điều này làm việc 410 điểm cho FFT - nơi chỉ có một kênh như được mua tại một thời gian - và 410 là 4/5 / 512 điểm cần thiết cho FFT mà làm cho interpolating nó đến 512 điểm khá đơn giản); một phiên bản tương lai của phạm vi có thể sử dụng một thiết bị khác nhau dsPIC (nhưng ngay bây giờ không có bất kỳ mà có tất cả các tính năng, chạy ở 5V, và có sẵn trong DIP gói). Thêm RAM bên ngoài không phải là một lựa chọn hoặc là - lần đầu tiên, nó sẽ thêm chi phí và sự phức tạp, thứ hai, dpPIC không có đủ chân đầu ra để kiểm soát nó, và thứ ba, tốc độ tối đa mẫu có là không có thời gian cho công việc kiểm soát bổ sung anyway. Nhưng 200 điểm là tốt, đủ cho một màn hình đầy đủ, và trong hầu hết các ứng dụng của DPScope chậm trễ kích hoạt khả năng cung cấp chính xác chức năng cùng một bộ nhớ chụp lâu hơn nào.Cuối cùng, dsPIC hỗ trợ giao tiếp SPI và USART, nó sử dụng để kiểm soát các thiết bị khác trong DPScope (được điều chỉnh bộ khuếch đại, bù đắp DAC) và giao tiếp với PC, tương ứng.Bước 9: Các giao diện USB nhà cung cấp điện

Kết quả (Việt) 2:

Các vi điều khiển là trái tim của DPScope. Nó là một 16-bit Microchip dsPIC30F2020 trong đó có rất nhiều tính năng mong muốn: Không chỉ là tốc độ nhanh (nó chạy 32 MIPS trên một đồng hồ 128 MHz - đây là spec rất nhẹ bên ngoài - max 120 MHz - nhưng hoạt động hoàn toàn tốt đẹp.) và đi kèm trong một gói DIP hobbyist thân thiện; vì nó là hướng tới xử lý tín hiệu kỹ thuật số hoặc DSP (đó là nơi các "ds" trong tên xuất phát từ) nó cũng có một loạt các tín hiệu hỗn hợp hữu ích ngoại vi đã được xây dựng trong: Đầu tiên và quan trọng nhất, nó có một analog-to- chuyển đổi kỹ thuật số mà có thể có được mẫu tại 2 MSamples / sec. Ít nhất đó là những gì spec dường như nói ở cái nhìn đầu tiên. Thực tế là - nó có thể có được hai kênh cùng một lúc tại 1 MSample / giây mỗi, và những kẻ tiếp thị Microchip chỉ đơn giản thêm hai con số ... anyway, đó là hoàn toàn tốt đẹp cho chúng tôi bởi vì chúng tôi cần hai kênh anyway. ADC có độ phân giải 10 bit, nhưng để tối đa hóa tốc độ mua lại và giảm yêu cầu bộ nhớ chỉ có 8 bit cao được sử dụng (ví dụ như một byte cho mỗi mẫu). Lý do cho việc sử dụng một đồng hồ 128 MHz là như nhau - ở tốc độ đó các dsPIC là chỉ vừa đủ nhanh để liên tục mẫu hai kênh và lưu trữ các dữ liệu vào bộ nhớ nội bộ tại các tỷ lệ mẫu 1 MHz. Các băng thông tương tự của ADC cũng là ở trên 1 MHz, do đó, nó không phải là một yếu tố hạn chế trong chuỗi tín hiệu. Đối với tỷ lệ mẫu nhanh hơn 1 MSample / sec - lên đến 20 MSamples / sec - các DPScope sử dụng một kỹ thuật gọi là "thời gian lấy mẫu tương đương" - về cơ bản nó chạy ở 1 MSample / sec tỷ lệ mẫu thực và mua lại chỉ là một tập hợp con của các điểm dữ liệu ở mỗi quét, và sau đó phủ lên hai hoặc nhiều lần quét tiếp theo (mỗi tăng nhẹ chậm trễ bắt đầu sau khi kích hoạt) cho một bức tranh hỗn hợp với độ phân giải thời gian hiệu quả cao hơn. . Bạn có thể đọc thêm chi tiết về kỹ thuật này trong các ứng dụng lưu ý Tektronix "The XYZ của oscillscopes" Các tính năng tuyệt vời thứ hai của vi điều khiển này là một tập hợp các bộ so sánh với ngưỡng mịn kiểm soát (độ phân giải 10 bit); hầu hết các thiết bị vi mạch khác đã chỉ rất thô so sánh bước ngưỡng. Những bộ so sánh là tất cả chúng ta cần phải thực hiện một phạm vi toàn diện kích hoạt với ngưỡng có thể điều chỉnh và cực cạnh lựa chọn (tăng hoặc rơi xuống cạnh, tương ứng), trong đó cắt giảm xuống trên tổng số thành phần và do đó chi phí và độ phức tạp. Các điểm đau chỉ với dsPIC này là dung lượng RAM nhỏ của nó - chỉ 512 byte. Một số trong đó được đưa lên bởi chương trình trên không (ví dụ như các biến toàn cầu, tham số stack và vv), và đó là một thách thức để có được ít nhất 200 byte cho mỗi kênh (205 thực sự, kể từ khi các công trình này ra đến 410 điểm cho FFT - chỉ nơi một kênh như mua lại vào một thời điểm - và 410 là 4/5 512 điểm cần thiết cho FFT, mà làm cho nó nội suy lên 512 điểm khá đơn giản); một phiên bản tương lai của các phạm vi có thể sử dụng một thiết bị dsPIC khác nhau (nhưng ngay bây giờ không có bất kỳ mà có tất cả các tính năng khác, chạy ở 5V, và có sẵn trong gói DIP). Thêm RAM bên ngoài không phải là một lựa chọn hoặc là - lần đầu tiên, nó sẽ thêm chi phí và phức tạp, thứ hai, dpPIC không có đủ chân ra để kiểm soát nó, và thứ ba, ở tỷ lệ mẫu tối đa không có thời gian cho nhiệm vụ kiểm soát bổ sung nào. Nhưng 200 điểm là đủ tốt cho một màn hình hiển thị đầy đủ, và trong hầu hết các ứng dụng khả năng kích hoạt chậm trễ của DPScope cung cấp chính xác các chức năng tương tự như một bộ nhớ chụp còn sẽ. Cuối cùng, dsPIC hỗ trợ SPI và USART truyền thông, mà nó sử dụng để điều khiển các thiết bị khác trong DPScope (khuếch đại được điều chỉnh, bù đắp DAC) và giao tiếp với máy tính, tương ứng. Bước 9: Giao diện USB, Power Supply