基于OpenHarmony+小凌派RK2206开发板制作的简易示波器

基于OpenHarmony + 小凌派RK2206开发板制作的简易示波器，实时采集波形，实时计算并实时显示对应的波形。OpenHarmony实时性较高，稳定性好，瑞芯微RK2206芯片接口丰富，OpenHarmony芯片适配稳定性好，做出来的简易示波器效果还不错。本文先做第一期的技术文档，后续将持续完善功能和技术文档更新。

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项目简介

本文基于OpenHarmony操作系统 + 小凌派RK2206开发板而做的简易示波器开发。

本开发以瑞芯微RK2206芯片 + OpenHarmony 3.0LTS操作系统 + 小凌派-RK2206开发板为基础，以模数转换芯片ADS1256为采集数据芯片实时采集，然后通过峰值检测和fft变换算法处理采集数据，最后将处理完成的数据输送到LCD液晶屏上实时显示。

项目实验视频如下所示：

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模块介绍

1.ADS1256模块
ADS1256是一款 24bit ADC转换模块。ADS1256可以通过SPI进行访问 的高精度的转换器。

上图为ADS1256芯片结构和引脚图，从图可以看出ADS1256的通道资源比较丰富，可以配置成8个单端ADC通道，也可以配置成4个差分通道。ADS1256的通信接口为串行接口，同时还有4个通用的IO口，不过这四个IO口不经常用到。

ADS1256内部有许多寄存器需要配置，相较于ADS1232用起来要复杂的多。

下面介绍一下ADS1256的初始化。

通过SPI通信配置ADS1256的参数，增益以及转换速率。

void ADS1256_CfgADC(uint8_t gain,uint8_t drate)  // 初始化设置，设置增益以及转换速率{  uint8_t buf[4];  ADS1256_WriteCmd(CMD_RESET);        // 写复位指令  ADS1256_WriteReg(REG_STATUS,0XF4);     // 写状态，数据传输默认高位在前，启动矫正，禁止使用缓冲  ADS1256_WriteCmd(CMD_SELFCAL);       // 自校准  ToyUdelay(20);  {    buf[0] = (0 << 3) | (1 << 2) | (0 << 1);    buf[1] = 0x08;           //通道设置选择    buf[2] = (0 << 5) | (0 << 3) | (gain << 0);    buf[3] = drate; // DRATE_10SPS; /* 选择数据输出速率 */    CS_L;    ADS1256_Send8Bit(CMD_WREG|0);     // 写寄存器    ADS1256_Send8Bit(0x03);        // 连续写入4个数据    ADS1256_Send8Bit(buf[0]);       // 设置状态寄存器    ADS1256_Send8Bit(buf[1]);       // 设置输入通道参数    ADS1256_Send8Bit(buf[2]);       // 设置ADCON控制寄存器，增益    ADS1256_Send8Bit(buf[3]);        // 设置数据速率    CS_H;  }  ToyUdelay(50);}

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然后选择通道0，等待数据转换完成后获取他采集的AD值

uint32_t ADS1256_GetAdc(uint8_t channel){  uint32_t read;  uint16_t val = 0;  read = 0;// while(DRDY);      //当DRDY变为低电平时，数据开始传输  ADS1256_WriteReg(REG_MUX,channel);    // 写入读取的通道  ADS1256_WriteCmd(CMD_SYNC);       //同步A/D转换命令// Delay_1us(1);  ADS1256_WriteCmd(CMD_WAKEUP);      //完成SYNC并退出待机模式  GpioGetVal(DRDY, &val);  while(val==1)               // 等待数据转换完成  {    GpioGetVal(DRDY, &val);  }  CS_L;                  //片选拉低  ADS1256_Send8Bit(CMD_RDATA);       //读取数据命令  //连续接收3个数据，高字节在前  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液晶屏模块

本项目使用的是ST7789V, 用于单片驱动262K色图像TFT-LCD, 包含 720(240*3色) x 320 线输出, 可以直接以SPI协议, 或者8位/9位/16位/18位并行连接外部控制器。ST7789V显示数据存储在片内240x320x18 bits内存中, 显示内存的读写不需要外部时钟驱动。

具体接线如下图所示：

其中，LCD液晶屏引脚功能描述，如下表5.3.1所示。

表5.3.1 LCD液晶屏引脚功能表:

其中，LCD液晶屏与小凌派-RK2206开发板连接如下图所示：

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简易示波器功能的实现

1.峰值检测

通过查找ad采集的数据内的最大值和最小值，然后相减即得峰峰值。

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

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2.频率检测

通过fft变换，FFT变换的数据需要两部分，实部和虚部，由于变换的是数据是AD采集的实数据，所以只需将采集的值存入实部，虚部存入零即可。通过变换将时域信号转换到频域，然后通过取模排序，然后计算即可得到频率。他的基本思想是把原始的 N 点序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用 DFT 计算式中指数因子所具有的对称性质和周期性质，进而求出这些短序列相应的 DFT 并进行适当组合，达到删除重复计算，减少乘法运算和简化结构的目的。当N是素数时，可以将 DFT算转化为求循环卷积，从而更进一步减少乘法次数，提高速度。

（1）FFT变换函数

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,正变换;isign=-1,逆变换    return;  }  const int Lv = mylog(n, 2);//蝶形级数  int L;//蝶形运算级数，用于循环  int N;//蝶形运算数据量，用于循环  int distance;//蝶形运算两节点间的距离，用于循环（distance=N/2）  int group;//蝶形运算的组数  float tmpr1, tmpi1, tmpr2, tmpi2;//临时变量  int i, j, k;  for (i = 0; i < n; i++) {//数位倒读    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++) {//蝶形循环    for (i = 0; i < group; i++) {//每级蝶形各组循环      for (k = 0; k < distance; k++) {//每组蝶形运算        float theta = -2 * PI * k / N * isign;//旋转因子,逆变换的角度与正变换相反        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) {//逆变换结果需除以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）取模运算函数

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,再开方    y2[i] = (uint32_t)(Mag*65536);      
 } y2[0] = y2[0]/2;   //直流}

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（3）然后将FFT变换的幅值进行排序，同时也对他们的下标进行了排序，以便后续的计算，即除了直流信号的第一个频率点即为改信号的频率。

void sorting (void){  uint16_t i,j;  uint32_t temp1;    for(i=0;i2;i++) =""  ="" ="" 下标赋初值  {    xb[i]=i;  }  for(j=0;j<(Ns/2-1);j++)         // 冒泡排序   {    for(i=1;i<(Ns/2-j-1);i++)    //直流项不参与排序 从第二项开始           {      if(y2[i]1])      {                temp1=y2[i];        //交换数据        y2[i]=y2[i+1];        y2[i+1]=temp1;
        temp1=xb[i];              //交换下标        xb[i]=xb[i+1];        xb[i+1]=temp1;      }        }                                   }}

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（4）通过计算即可得到频率，采样点数将采样频率进行平分，通过排序取得的幅值最大的那个点的下标进行相乘即为频率，1.47为补偿系数，因为ADS1256采集数据后有延时，导致进行FFT变换后所对应的幅值最大点的下标前移，导致计算频率时候会偏小。

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

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3.波形显示
通过将采集的幅值进行计算，使最后的值在屏幕大小的范围内，进行描点画图。

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;  //这里之所以是120-rawValue/280，与屏幕的扫描方向有关，如果出现上下颠倒的情况，可以改成120 +  if(firstPoint)//如果是第一次画点，则无需连线，直接描点即可  {    LCD_DrawPoint(0,y,color);    lastX=0;    lastY=y;    firstPoint=0;  }  else  {    x=lastX+2;    if(x<320) //不超过屏幕宽度    {      LCD_DrawLine(lastX,lastY,x,y,color);      lastX=x;      lastY=y;    }    else //超出屏幕宽度，清屏，从第一个点开始绘制，实现动态更新效果    {      //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显示
Gitee社区已有这部分源代码和说明文档，感兴趣的读者可以参考：https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk2206-openharmony3.0lts/tree/master/vendor/lockzhiner/rk2206/samples/b4_lcd

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心得体会

通过OpenHarmony操作系统 + 小凌派-RK2206开发板进行项目开发，OpenHarmony的实时性好，稳定性高，瑞芯微RK2206芯片接口比较丰富，移植适配稳定性较好，整体开发进度比较顺利，开发的难度都集中在数据处理算法上。通过这一次的应用开发，整体上对OpenHarmony和国产芯片开发还是蛮认可的，是一次不错的学习体验，特此记录！