UD3: OSCILOSCOPIO USB - masiot · UD3: OSCILOSCOPIO USB ROYECTO UNIDAD DIDACTICA 3 JOSE COLL GARCIA...

DESCRIPCION TECNICA

UD3: OSCILOSCOPIO USB

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ROYECTO UNIDAD DIDACTICA 3 JOSE COLL GARCIA

REVISION : 26/09/2007

TOTAL

1 HOJA 1

DESCRIPCION TECNICA




REVISION : 26/09/2007

TOTAL

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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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

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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REVISION : 26/09/2007

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7 HOJA 7

DISEÑO PRELIMINAR: Primer esquema hecho a lápiz de la idea a desarrollar:

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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

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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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

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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REVISION : 26/09/2007

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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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TOTAL

11 HOJA 11

Disposición de los componentes en la PCB:

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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

12 HOJA 12

FOTOS PCB OSCILOSCOPIO: Detalle de la placa PCB de doble cara:

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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

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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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

14 HOJA 14

Detalle de señales capturadas por el programa del osciloscopio:

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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

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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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

16 HOJA 16

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REVISION : 26/09/2007

TOTAL

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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REVISION : 26/09/2007

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.

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