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DESCRIPCION TECNICA
UD3: OSCILOSCOPIO USB
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ROYECTO UNIDAD DIDACTICA 3 JOSE COLL GARCIA
REVISION : 26/09/2007
TOTAL
1 HOJA 1
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2 HOJA 2
INDICE: PORTADA ............................................................................................ 1 DEFINICION…………………………………………………………. 3 CARACTERISTICAS………………………………………………… 3 PROGRAMA WINDOWS…………………………………………… 4 PLANING…………...………………………………………………… 6 GENERACION DE LA SOLUCION.....……....…...………………… 6 DISEÑO PRELIMINAR.………………………..…………………… 7 MAQUETA .................……………………………..………………… 8 DISEÑO CAD..............……………………………..………………… 8 PROTOTIPO..................…………………………….………………… 9 MATERIALES Y VALORACION ECONOMICA .........…………… 10 FOTOS PCB OSCILOSCOPIO…………………….………………… 12
INSTALACION DEL DRIVER.....………………….………………… 15 AJUSTE Y CALIBRACION.........………………….………………… 17 ANEXO……………...………………………………………………… 20
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3 HOJA 3
DEFINICION: Diseñar un osciloscopio basado en un PIC18F2550 que desde un entorno PC permita modificar los ajustes del equipo y visualizar los resultados. CARACTERISTICAS: El equipo está pensado para ser autónomo, se alimentará únicamente del puerto USB 2.0 del PC, utilizando una comunicación tipo BULK entre el PIC y el PC. La comunicación está basada en un ejemplo de la casa CCS Computer que distribuye un compilador C para PIC y valiosos ejemplos de cómo utilizarlo, por otra parte el entorno PC se comunica con el PIC gracias a una API adaptada para comunicar por el USB los programas hechos en Delphi, esta API se comunica directamente con una DLL (Mpusbapi.dll) que la suministra directamente Microchip. El programa del PC está hecho en entorno visual de Pascal (Delphi 7), no necesita instalación. Detalle pantalla del compilador C (Custom computer):
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4 HOJA 4
PROGRAMA WINDOWS: Presentación: El programa se inicia con una pantalla de presentación que mientras no se pulse ninguna tecla se mantendrá durante unos segundos.
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5 HOJA 5
Pantalla principal:
El programa consta de una pantalla principal donde tenemos todos los ajustes de un osciloscopio de un canal, tambien hay información de la conexión USB. Por los botones Run Stop se puede detener la imagen y mediante al ajuste de los cursores T1 y T2 podemos medir el tiempo entre ellos, la frecuencia o bien el periodo de la señal entre los cursores. Desde el menu superior se puede cambiar el color del fondo o la velocidad de refresco de la señal, tambien tenemos acceso a la ayuda e información del equipo conectado y la versión del Driver de Microchip. Tambien desde el menú superior podemos almacenar la gráfica en un archivo BMP donde tambien estará la información de ajuste del osciloscopio.
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6 HOJA 6
CRONOGRAMA DE PLANNING:
GENERACION DE LA SOLUCION: En la CPU reside un programa capaz de capturar datos por las entradas analógicas y enviarlos al PC. La selección de la ganancia se hace seleccionando una u otra entrada analógica, de forma que en cada una de ellas hay una etapa anterior con ganancia diferente, de forma que al conmutar la entrada analógica seleccionamos la sensibilidad. Fisicamente existen tres señales de entrada, 10V/2V/200mV pero haciendo conversión por programa y perdiendo resolución conseguimos seis escalas.
UNIDAD DIDACTICA 3: (OSCILOSCOPIO USB)
PLANING PROYECTO MES
Semana 13/14 15/16 17/18 19 20 21 22
1-DEFINICION Y PLANIFICACION Previsto X
Realizado
2-BUSQUEDA DEL CIRCUITO Previsto X X
Realizado
3-BUSQUEDA COMUNICACIÓN USB Previsto X X
Realizado Problemas con USB OK
4-DISEÑO PRELIMINAR Previsto X X
Realizado
5-DISEÑO FINAL CAD Previsto X X
Realizado
6-MATERIAL Previsto X
Realizado
7-MAQUETA Previsto X X
Realizado
8-PROTOTIPO Previsto X X
Realizado
9-ENSAYO PROTOTIPO Previsto X X X
Realizado
10-DOCUMENTACION Previsto X X X X X X X
Realizado
11-PROGRAMA ENTORNO WINDOWS Previsto X X X X X
Realizado
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7 HOJA 7
DISEÑO PRELIMINAR: Primer esquema hecho a lápiz de la idea a desarrollar:
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8 HOJA 8
MAQUETA: En esta fase montamos parcialmente los bloques del circuito sobre dos placas de circuito impreso y las conectamos a la placa de prototipos (Protoboard) y al entrenador de PIC- Micropic Trainer modificado para montar un PIC USB y su conector tipo B. El esquema inicial se ha variado tres veces para adaptarlo a las necesidades y después de haber hecho pruebas. Al final opto por implementar la alimentación simétrica ya que es necesaria para el correcto funcionamiento del operacional y poder representar señales tanto positivas como negativas. DISEÑO CAD: Se ha pensado ubicar en una pequeña caja con formato mas o menos extraplano para poder guardarla dentro de la maleta de un PC portátil, quedando el tamaño limitado a dicha caja que tiene unas medidas de 80mm de ancho por 143mm de alto y 35mm de fondo. Imagen para panelar la caja:
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9 HOJA 9
PROTOTIPO: La placa PCB es de doble cara y se ha tenido en cuenta la distribución de los elementos para separar la parte del microcontrolador y su conexión USB de la parte analógica de la etapa de adaptación de señales. Esquema de la parte analógica:
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
Parte analógica adquisición de señales 1
OSCILOSCOPIO USB
IES SEP Castellarnau
A4
1 2Wednesday, May 23, 2007
1
2
J1
BNC
OUT1
VIN2
C-3
GND
4
C+5
U2 MAX828/SOT
+ C510uF + C6
47uF
+ C3100uF
R115K6
-VCC
C2100n
C110p
89 7
32 4 1
106
5LS1
C4100n
C7100n
10
98
411
-
+
U1C
TL074
3
21
411
-
+
U1A
TL074
5
67
411
-
+
U1B
TL074
12
1314
411
-
+
U1D
TL074
VCC
VCC
-VCC
-VCC
Q1
BC547B
VCC
R547K
R747K
R14100 R16
220
R12
100K
R13
100K
R9
1K
D1
1n4148
VCC
-VCC
VCC
R2
100K
R35K6
RANGO: 10V / 5V / 2,5V
RANGO: 2V / 1V / 500mV
RANGO: 200mV / 100mV / 50mV
RANGO: 100V/Div Con sonda X10
Tensión referencia para pruebas
VCC
R1
50KANALOGICA_0
VCC
-VCC
R8
100K
R10680
VCC
R6
50KANALOGICA_1
R4
1K5
-VCC
VCC
R17
100K
R18560
VCC
R15
50KANALOGICA_3
AC/DC
VCC
V_REF_AN2R19
100K
Esquema de la parte del microprocesador:
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
Parte del procesador y comunicación 1
OSCILOSCOPIO USB
IES SEP Castellarnau
A4
2 2Wednesday, May 23, 2007
ANALOGICA_1
1234
5
+
DM
DP
-
U4USB
RA0/AN02
RA1/AN13
RA2/AN2/Vref-4
RA3/AN3/Vref+5
RA4/T0CLK6
RA5/AN4/SS7
RB0/INT21RB122RB223RB3/PGM24RB425RB5 26RB6/PGC 27RB7/PGD28
RC0/T1OSI/T1CLK11RC1/T1OSO
12RC2/CCP1
13RC3/SCK/SCL/V_USB
14
RC4/SDI/SDA 15RC5/SDO16RC6/TX/CK17RC7/RX/DT18
GND19
VDD20
MCLR/VPP/THV1
OSC1/CLK9
OSC2/CLKOUT10
GND8
U3
18F2550ANALOGICA_3
V_REF_AN2
RB0VCC
RC5RC4
RB6
2x 1KRB7 1234
JP1
ICSP
RB2RB1RB0
RC6RC5RC4
RB5RB4RB3
RC7
+ C1047uF
Y1
8Mhz
C827p
C927p
VCC
+5V
0VANALOGICA_0
Necesario para estabilizar USB
R20
1K
AC/DC
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10 HOJA 10
MATERIALES Y VALORACION ECONOMICA: Lista de materiales y precio aproximado: (El precio es aproximado ya que la gran mayoría de componentes son procedentes de reciclaje de otras PCB viejas) Bill Of Materials May 28,2007 0:58:38 Page1 Item Quantity Reference Part ______________________________________________ 1 1 C1 10p 2 3 C2,C4,C7 100n 3 1 C3 100uF 4 1 C5 10uF 5 2 C6,C10 47uF 6 2 C8,C9 27p 7 1 D1 1n4148 8 1 JP1 ICSP 9 1 J1 BNC 10 1 LS1 20-2051-DPDT 11 1 Q1 BC547B 12 3 R1,R6,R15 50K 13 6 R2,R8,R12,R13,R17,R19 100K 14 2 R3,R11 5K6 15 1 R4 1K5 16 2 R5,R7 47K 17 4 R9,R20,R21,R22 1K 18 1 R10 680 19 1 R14 100 20 1 R16 220 21 1 R18 560 22 1 U1 TL074 23 1 U2 MAX828/SOT 24 1 U3 18F2550 25 1 U4 USB 26 1 Y1 8Mhz El precio aproximado es de 29€. Incluida la caja y cable USB.
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11 HOJA 11
Disposición de los componentes en la PCB:
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12 HOJA 12
FOTOS PCB OSCILOSCOPIO: Detalle de la placa PCB de doble cara:
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13 HOJA 13
Detalle de la placa PCB con los componentes montados:
Detalle de la caja del Osciloscopio una vez ensamblado:
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14 HOJA 14
Detalle de señales capturadas por el programa del osciloscopio:
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15 HOJA 15
INSTALACION DEL DRIVER: Conectar el osciloscopio en un PC, si es la primera vez el PC abrirá el dialogo para instalación de nuevo hardware, seguir los pasos y seleccionar el driver desde la unidad de disco con nombre del driver: DRIVER_ID0b, este es el driver original de Microchip con el VID 04d8 PID 000b VID es el identificador del fabricante, en este caso Microchip. PID es el identificador del producto, podemos utilizar el 000b estándar de Microchip. Estos datos tienen que estar iguales en el programa del PIC, del PC y del Driver para que sereconozcan y se puedan comunicar entre ellos. Una vez instalado lo representa asi en el administrador de dispositivos:
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16 HOJA 16
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17 HOJA 17
AJUSTE Y CALIBRACION: Para proceder al ajuste efectuaremos los pasos aqui indicados:
Primero con el pulsador DC seleccionado, y con la entrada cortocircuitada, ajustaremos R12 hasta obtener en el pin 8 una señal de 0V. Seleccionando la escala 2,5V/Div ajustar R1 para visualizar la raya sobre la linea de 0V, hacer lo mismo con la escala de 500mV/Div y R6 y con la escala de 50mV/Div y R15. Aplicando ahora una señal de entrada de 1KHz y 10Vpp ajustaremos R9 hasta obtener en el pin 8 una señal de amplitud 500mVpp. Con la escala Voltios/División a 10V/Div ajustaremos R2 hasta obtener en la pantalla del osciloscopio una señal de amplitud que corresponda en la pantalla a la señal patrón introducida. Aplicando ahora una señal de entrada de 1KHz y 8Vpp y con la escala Voltios/División a 2V/Div ajustaremos R8 hasta obtener en la pantalla del osciloscopio una señal de amplitud que corresponda en la pantalla a la señal patrón introducida. Aplicando ahora una señal de entrada de 1KHz y 1,2Vpp y con la escala Voltios/División a 200mV/Div ajustaremos R17 hasta obtener en la pantalla del osciloscopio una señal de amplitud que corresponda en la pantalla a la señal patrón introducida.
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18 HOJA 18
Imagenes después de calibrar, detalle triangular con fondo negro:
Detalle senoidal con fondo gris:
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TOTAL
19 HOJA 19
Detalle cuadrada con fondo blanco:
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TOTAL
20 HOJA 20
ANEXO: Se incluyen en el CD toda la documentación necesaria para el montaje del osciloscopio, así como los programas necesarios: Programa ejecutable del osciloscopio. Compilador C para PIC Software de programación Winpic800 Código fuente del PIC Código fuente del programa PC para compilar con Delphi 7. Las DLL necesarias así como el Driver Del Osciloscopio. Información de distintas páginas Web con ejemplos de comunicación.