基于OpenHarmony + 小凌派RK2206開(kāi)發(fā)板制作的簡(jiǎn)易示波器，實(shí)時(shí)采集波形，實(shí)時(shí)計(jì)算并實(shí)時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的波形。OpenHarmony實(shí)時(shí)性較高，穩(wěn)定性好，瑞芯微RK2206芯片接口豐富，OpenHarmony芯片適配穩(wěn)定性好，做出來(lái)的簡(jiǎn)易示波器效果還不錯(cuò)。本文先做第一期的技術(shù)文檔，后續(xù)將持續(xù)完善功能和技術(shù)文檔更新。

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項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本文基于OpenHarmony操作系統(tǒng) + 小凌派RK2206開(kāi)發(fā)板而做的簡(jiǎn)易示波器開(kāi)發(fā)。

本開(kāi)發(fā)以瑞芯微RK2206芯片 + OpenHarmony 3.0LTS操作系統(tǒng) + 小凌派-RK2206開(kāi)發(fā)板為基礎(chǔ)，以模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1256為采集數(shù)據(jù)芯片實(shí)時(shí)采集，然后通過(guò)峰值檢測(cè)和fft變換算法處理采集數(shù)據(jù)，最后將處理完成的數(shù)據(jù)輸送到LCD液晶屏上實(shí)時(shí)顯示。

項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)視頻如下所示：

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模塊介紹

1.ADS1256模塊
ADS1256是一款 24bit ADC轉(zhuǎn)換模塊。ADS1256可以通過(guò)SPI進(jìn)行訪問(wèn) 的高精度的轉(zhuǎn)換器。

上圖為ADS1256芯片結(jié)構(gòu)和引腳圖，從圖可以看出ADS1256的通道資源比較豐富，可以配置成8個(gè)單端ADC通道，也可以配置成4個(gè)差分通道。ADS1256的通信接口為串行接口，同時(shí)還有4個(gè)通用的IO口，不過(guò)這四個(gè)IO口不經(jīng)常用到。

ADS1256內(nèi)部有許多寄存器需要配置，相較于ADS1232用起來(lái)要復(fù)雜的多。

下面介紹一下ADS1256的初始化。

通過(guò)SPI通信配置ADS1256的參數(shù)，增益以及轉(zhuǎn)換速率。

void ADS1256_CfgADC(uint8_t gain,uint8_t drate)  // 初始化設(shè)置，設(shè)置增益以及轉(zhuǎn)換速率{  uint8_t buf[4];  ADS1256_WriteCmd(CMD_RESET);        // 寫(xiě)復(fù)位指令  ADS1256_WriteReg(REG_STATUS,0XF4);     // 寫(xiě)狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸默認(rèn)高位在前，啟動(dòng)矯正，禁止使用緩沖  ADS1256_WriteCmd(CMD_SELFCAL);       // 自校準(zhǔn)  ToyUdelay(20);  {    buf[0] = (0 << 3) | (1 << 2) | (0 << 1);    buf[1] = 0x08;           //通道設(shè)置選擇    buf[2] = (0 << 5) | (0 << 3) | (gain << 0);    buf[3] = drate; // DRATE_10SPS; /* 選擇數(shù)據(jù)輸出速率 */    CS_L;    ADS1256_Send8Bit(CMD_WREG|0);     // 寫(xiě)寄存器    ADS1256_Send8Bit(0x03);        // 連續(xù)寫(xiě)入4個(gè)數(shù)據(jù)    ADS1256_Send8Bit(buf[0]);       // 設(shè)置狀態(tài)寄存器    ADS1256_Send8Bit(buf[1]);       // 設(shè)置輸入通道參數(shù)    ADS1256_Send8Bit(buf[2]);       // 設(shè)置ADCON控制寄存器，增益    ADS1256_Send8Bit(buf[3]);        // 設(shè)置數(shù)據(jù)速率    CS_H;  }  ToyUdelay(50);}

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然后選擇通道0，等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后獲取他采集的AD值

uint32_t ADS1256_GetAdc(uint8_t channel){  uint32_t read;  uint16_t val = 0;  read = 0;// while(DRDY);      //當(dāng)DRDY變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，數(shù)據(jù)開(kāi)始傳輸  ADS1256_WriteReg(REG_MUX,channel);    // 寫(xiě)入讀取的通道  ADS1256_WriteCmd(CMD_SYNC);       //同步A/D轉(zhuǎn)換命令// Delay_1us(1);  ADS1256_WriteCmd(CMD_WAKEUP);      //完成SYNC并退出待機(jī)模式  GpioGetVal(DRDY, &val);  while(val==1)               // 等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成  {    GpioGetVal(DRDY, &val);  }  CS_L;                  //片選拉低  ADS1256_Send8Bit(CMD_RDATA);       //讀取數(shù)據(jù)命令  //連續(xù)接收3個(gè)數(shù)據(jù)，高字節(jié)在前  read = ((uint32_t)ADS1256_Recive8Bit() << 16);       read +=( (uint32_t)ADS1256_Recive8Bit() << 8);  read += ADS1256_Recive8Bit() ;  CS_H;  return read;  }

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2.LCD液晶屏模塊

本項(xiàng)目使用的是ST7789V, 用于單片驅(qū)動(dòng)262K色圖像TFT-LCD, 包含 720(240*3色) x 320 線(xiàn)輸出, 可以直接以SPI協(xié)議, 或者8位/9位/16位/18位并行連接外部控制器。ST7789V顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片內(nèi)240x320x18 bits內(nèi)存中, 顯示內(nèi)存的讀寫(xiě)不需要外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。

具體接線(xiàn)如下圖所示：

其中，LCD液晶屏引腳功能描述，如下表5.3.1所示。

表5.3.1 LCD液晶屏引腳功能表:

其中，LCD液晶屏與小凌派-RK2206開(kāi)發(fā)板連接如下圖所示：

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簡(jiǎn)易示波器功能的實(shí)現(xiàn)

1.峰值檢測(cè)

通過(guò)查找ad采集的數(shù)據(jù)內(nèi)的最大值和最小值，然后相減即得峰峰值。

float Get_Vpp(float arr[]){    uint16_t i;    float MAX=0,MIN=3500,Vpp=0;    for(i=0;i""  ="" 掃描adc數(shù)組，獲取最大值和最小值    {      if(arr[i]>MAX)             MAX=arr[i];      if(arr[i]        MIN=arr[i];    }    Vpp=MAX-MIN;    return Vpp;}

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2.頻率檢測(cè)

通過(guò)fft變換，F(xiàn)FT變換的數(shù)據(jù)需要兩部分，實(shí)部和虛部，由于變換的是數(shù)據(jù)是AD采集的實(shí)數(shù)據(jù)，所以只需將采集的值存入實(shí)部，虛部存入零即可。通過(guò)變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，然后通過(guò)取模排序，然后計(jì)算即可得到頻率。他的基本思想是把原始的 N 點(diǎn)序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用 DFT 計(jì)算式中指數(shù)因子所具有的對(duì)稱(chēng)性質(zhì)和周期性質(zhì)，進(jìn)而求出這些短序列相應(yīng)的 DFT 并進(jìn)行適當(dāng)組合，達(dá)到刪除重復(fù)計(jì)算，減少乘法運(yùn)算和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的目的。當(dāng)N是素?cái)?shù)時(shí)，可以將 DFT算轉(zhuǎn)化為求循環(huán)卷積，從而更進(jìn)一步減少乘法次數(shù)，提高速度。

（1）FFT變換函數(shù)

oid fft(const float real_in[], const float imag_in[], float real_out[], float imag_out[], const int n, int isign) {  if (isign != 1 && isign != -1) {//isign=1,正變換;isign=-1,逆變換    return;  }  const int Lv = mylog(n, 2);//蝶形級(jí)數(shù)  int L;//蝶形運(yùn)算級(jí)數(shù)，用于循環(huán)  int N;//蝶形運(yùn)算數(shù)據(jù)量，用于循環(huán)  int distance;//蝶形運(yùn)算兩節(jié)點(diǎn)間的距離，用于循環(huán)（distance=N/2）  int group;//蝶形運(yùn)算的組數(shù)  float tmpr1, tmpi1, tmpr2, tmpi2;//臨時(shí)變量  int i, j, k;  for (i = 0; i < n; i++) {//數(shù)位倒讀    j = rev(i, Lv);    real_out[j] = real_in[i];    imag_out[j] = imag_in[i];  }  L = 1;  distance = 1;  N = 2;  group = n >> 1;  for (; L <= Lv; L++) {//蝶形循環(huán)    for (i = 0; i < group; i++) {//每級(jí)蝶形各組循環(huán)      for (k = 0; k < distance; k++) {//每組蝶形運(yùn)算        float theta = -2 * PI * k / N * isign;//旋轉(zhuǎn)因子,逆變換的角度與正變換相反        tmpr1 = real_out[N * i + k];        tmpi1 = imag_out[N * i + k];//X(k)        tmpr2 = mycos(theta) * real_out[N * i + k + distance] - mysin(theta) * imag_out[N * i + k + distance];        tmpi2 = mycos(theta) * imag_out[N * i + k + distance] + mysin(theta) * real_out[N * i + k + distance];//WN(k)*X(k+N/2)        real_out[N * i + k] = tmpr1 + tmpr2;        imag_out[N * i + k] = tmpi1 + tmpi2;//X(k)=X(k)+WN(K)*X(k+N/2)        real_out[N * i + k + distance] = tmpr1 - tmpr2;        imag_out[N * i + k + distance] = tmpi1 - tmpi2;//X(k+N/2)=X(k)-WN(K)*X(k+N/2)        if (isign == -1) {//逆變換結(jié)果需除以N，即除以Lv次2          real_out[N * i + k] *= 0.5;          imag_out[N * i + k] *= 0.5;          real_out[N * i + k + distance] *= 0.5;          imag_out[N * i + k + distance] *= 0.5;        }      }    }    N <<= 1;    distance <<= 1;    group >>= 1;  }}

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（2）取模運(yùn)算函數(shù)

void PowerMag(void){  uint16_t i=0;  float Y,X,Mag; for (i=0; i < Ns/2; i++) {
    X =((float)y2r[i])/32768* Ns;    Y = ((float)y2i[i])/32768* Ns;    Mag = sqrt(X*X+ Y*Y)/Ns;     // 先平方和,再開(kāi)方    y2[i] = (uint32_t)(Mag*65536);      
 } y2[0] = y2[0]/2;   //直流}

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（3）然后將FFT變換的幅值進(jìn)行排序，同時(shí)也對(duì)他們的下標(biāo)進(jìn)行了排序，以便后續(xù)的計(jì)算，即除了直流信號(hào)的第一個(gè)頻率點(diǎn)即為改信號(hào)的頻率。

void sorting (void){  uint16_t i,j;  uint32_t temp1;    for(i=0;i2;i++) =""  ="" ="" 下標(biāo)賦初值  {    xb[i]=i;  }  for(j=0;j<(Ns/2-1);j++)         // 冒泡排序   {    for(i=1;i<(Ns/2-j-1);i++)    //直流項(xiàng)不參與排序 從第二項(xiàng)開(kāi)始           {      if(y2[i]1])      {                temp1=y2[i];        //交換數(shù)據(jù)        y2[i]=y2[i+1];        y2[i+1]=temp1;
        temp1=xb[i];              //交換下標(biāo)        xb[i]=xb[i+1];        xb[i+1]=temp1;      }        }                                   }}

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（4）通過(guò)計(jì)算即可得到頻率，采樣點(diǎn)數(shù)將采樣頻率進(jìn)行平分，通過(guò)排序取得的幅值最大的那個(gè)點(diǎn)的下標(biāo)進(jìn)行相乘即為頻率，1.47為補(bǔ)償系數(shù)，因?yàn)锳DS1256采集數(shù)據(jù)后有延時(shí)，導(dǎo)致進(jìn)行FFT變換后所對(duì)應(yīng)的幅值最大點(diǎn)的下標(biāo)前移，導(dǎo)致計(jì)算頻率時(shí)候會(huì)偏小。

fre=Fs*xb[1]*1.47/Ns;

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3.波形顯示
通過(guò)將采集的幅值進(jìn)行計(jì)算，使最后的值在屏幕大小的范圍內(nèi)，進(jìn)行描點(diǎn)畫(huà)圖。

void drawCurve( float rawValue,uint16_t color) {  uint16_t x;  int y;  y = (int) rawValue/30+30;  //data processing code  if(y<0 || y > 240)  y = lastY;  //這里之所以是120-rawValue/280，與屏幕的掃描方向有關(guān)，如果出現(xiàn)上下顛倒的情況，可以改成120 +  if(firstPoint)//如果是第一次畫(huà)點(diǎn)，則無(wú)需連線(xiàn)，直接描點(diǎn)即可  {    LCD_DrawPoint(0,y,color);    lastX=0;    lastY=y;    firstPoint=0;  }  else  {    x=lastX+2;    if(x<320) //不超過(guò)屏幕寬度    {      LCD_DrawLine(lastX,lastY,x,y,color);      lastX=x;      lastY=y;    }    else //超出屏幕寬度，清屏，從第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始繪制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新效果    {      //LCD_Fill(0, 0, LCD_W, LCD_H, LCD_WHITE);//清屏//清屏，白色背景      LCD_DrawPoint(0,y,color);      lastX=0;      lastY=y;    } }}

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4.LCD顯示
Gitee社區(qū)已有這部分源代碼和說(shuō)明文檔，感興趣的讀者可以參考：https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk2206-openharmony3.0lts/tree/master/vendor/lockzhiner/rk2206/samples/b4_lcd

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心得體會(huì)

通過(guò)OpenHarmony操作系統(tǒng) + 小凌派-RK2206開(kāi)發(fā)板進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，OpenHarmony的實(shí)時(shí)性好，穩(wěn)定性高，瑞芯微RK2206芯片接口比較豐富，移植適配穩(wěn)定性較好，整體開(kāi)發(fā)進(jìn)度比較順利，開(kāi)發(fā)的難度都集中在數(shù)據(jù)處理算法上。通過(guò)這一次的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，整體上對(duì)OpenHarmony和國(guó)產(chǎn)芯片開(kāi)發(fā)還是蠻認(rèn)可的，是一次不錯(cuò)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，特此記錄！