Osciloscopio USB Proyecto de fin de carrera Universidad ORT Abril 2006

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Osciloscopio USBProyecto de fin de carrera
Universidad ORT Abril 2006
Estudiantes Pablo Hoffman Martín Szmulewicz

• Tutor
• Claudio Misail

http//pablohoffman.com/proyecto_ort
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El osciloscopio

• Herramienta de laboratorio
• Uso técnico/especializado. No es una herramienta
  doméstica
• Mide señales eléctricas en el tiempo
• De uso genérico. Existen otras herramientas para
  mediciones más específicas.
• Los resultados deben ser interpretados
• Escalas de voltaje y tiempo variables

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Presentación del proyecto

• Objetivos
• Para uso académico
• Bajo costo
• Buenas prestaciones
• Prestaciones
• Amplio ancho de banda
• Rango de entrada variable
• Fácil uso, manejo confortable
• Procesamiento digital
• Pequeño, compacto y transportable

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Cronograma
Diagrama de Gantt
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Herramienta de trabajo TWiki

• Colaboración
• Información administrativa
• Bitácora de investigación/reuniones
• Tareas pendientes
• Documentación
• Registro de cambios
• Notificaciones por mail
• Página web del proyecto
• http//pablohoffman.com/proyecto_ort

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Áreas de trabajo

• Electrónica
• Analógica
• Digital
• Comunicación
• Protocolo
• Puerto USB
• Programación
• Firmware
• Software

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Hardware

• Arquitectura
• Comparación
• Componentes
• Microcontrolador
• Conversor Analógico-Digital
• Memoria
• Contador

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Hardware Diagrama de bloques
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Protocolo

• Objetivos de diseño
• Sencillo (mono-tarea)
• Fácilmente parseable (4 caracteres)
• Usable desde terminal (modo ASCII)
• Rápido para transferencias (modo binario)

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Protocolo Comandos y respuestas

• Comandos
• Captura
• AQHI, AQME, AQLO
• Configuración
• HDIV, VDV1, VDV2, CHAN, DUAL, CHOP, BINA
• Control
• RSET, STOP
• Diagnóstico
• PING, VERS
• Depurado
• DUMP, WRLO, WRHI
• Respuestas
• OK, UNKNOWN, OUT-OF-RANGE, BUSY

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Firmware

• Se programó en C (Microchip C18)
• Firmware CDC de Microchip para comunicación serie
  sobre USB
• ICD2 depurador por hardware
• Permite correr paso a paso las instrucciones en
  la propia placa
• Dejamos conector RJ12 para depurado

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Software

• Requisitos
• Portabilidad
• Tiempo de desarrollo
• Entorno de trabajo
• Plataforma de desarrollo libre
• Herramientas seleccionadas
• Lenguaje python
• Toolkit gráfico wxWidgets
• Otras librerías
• pySerial comunicación por puerto serie
• pyWin32 para puertos series en Windows
• NumPy cálculo de FFT
• Entorno de desarrollo Boa constructor

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Objetivos cumplidos

• Bajo costo
• Captura simultánea de dos canales
• Amplio rango de frecuencias
• Medición de las características de la señal
  (voltaje RMS, valor medio, etc.)
• Análisis espectral
• Captura a archivo de los datos

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Mejoras pendientes

• Aumentar frecuencia del oscilador
• Actualización de firmware por USB
• Trigger por hardware usando comparadores
• Etapa de entrada (protección, etc.)
• Alimentación del equipo
• PCB e interferencias
• Detección de transitorios

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Autoevaluación

• Cumplimiento del cronograma
• Herramienta de trabajo (TWiki)
• Trabajar a alta frecuencia
• Equipamiento necesario
• Disponibilidad de componentes
• Depuración de hardware

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Estudio de rentabilidad

• Costos
• Costo total Costo materiales Costo desarrollo
  
• Costo desarrollo Costo hora hombre Horas
  hombre dedicadas / Unidades a vender
• Costo desarrollo 700 15 / 180 US 58
• Costo total Costo materiales Costo desarrollo
  US 49 US 58 US 107
• Precio de venta estimado US 200
• El margen de ganancia bruta que se obtiene
  quedaría disuelto en las siguientes categorías
• reinversión (investigación, mejoras, etc.)
• distribución
• marketing, publicidad
• ganancia neta

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Demo
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Gracias por su atención

• Preguntas?

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Diapositivas adicionales
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Problemas con el hardware

• NAND no oscila
• Oscilación ICD2-USB
• Retardo del contador
• Zócalos
• Preseteo de contadores
• Control de lectura de memoria
• Conexión simultánea ICD2-USB
• Problemas en el regulador del ICD2

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Problemas con el firmware/software

• Programación del PIC disponibilidad de
  programadores
• Variables en ROM/RAM
• Transmisión por USB
• Recepción de datos usando hilos

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Arquitectura alternativa Chip único

• Ventajas
• Simplifica diseño del hardware
• Soluciona varios problemas de conectividad
• Desventajas
• Velocidad del ADC (1 MSPS)
• Nos atamos a este chip. Extensibilidad nula

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Arquitectura alternativa Chip Único
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Arquitectura alternativa 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 captura 10 MSPS)
• Se requiere el uso de un Linux en tiempo real
  (RTAI o RTLinux)
• Interfaz web (HTML y Java). Funcionamiento
  stand-alone
• Ventajas
• Excelente plataforma de desarrollo (Linux)
• Capacidad de funcionar stand-alone vía ethernet
  (sin depender de una PC)
• Conexión a disco USB
• Upgrades de firmware
• Desventajas
• Placa de desarrollo US 260
• 10 Mhz ancho de banda (limitado por DMA)

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Placa de desarrollo Etrax
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Bus serie universal (USB)

• A cargo del USB Implementers Forum (USB-IF)
• Topología
• Host controlador
• Dispositivos (hasta 127)
• Clases de dispositivo
• Mass storage
• HID
• Escáner
• Video (webcams, etc.)
• CDC
• Alimentación 5V, hasta 500mA

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Productos en el mercado (Mayo 2005)

• Productos
• Pico
• TiePie
• ETC
• Bitscope
• Características
• Precios desde US 500
• Frecuencia máxima desde 200 KHz hasta 150 MHz
• Sólo para entorno Windows

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Métodos de muestreo

• Tiempo real
• Tiempo equivalente
• Aleatorio repetitivo
• Secuencial
• Submuestreo

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Errores en la adquisición

• Error de compensación (offset)
• Diferencia en la entrada para salida igual a cero
• Error de ganancia
• Diferencia en la entrada para una salida conocida
• Error de apertura
• Instante de retención y muestreo
• Error de no-linealidad diferencial
• Variación de la entrada para 1 LSB, en cada punto
• Error de no-linealidad integral
• Variación de la entrada para 1 LSB constante y
  acumulativo
• Error de cuantización
• Conversión de señal analógica en digital
• Error absoluto
• Error final

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(No Transcript)
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