Чекасин Виктор Васильевич / RadioAmateur: Измерительная Лаборатория РадиоЛюбителя на BE-U1000 (Baikal-U)

Цели проекта:

  • Протестировать микроконтроллер на возможность создания на его основе простой для повторения радио-измерительной лаборатории.
  • Разработать алгоритмы, прототип и прошивку для такого устройства

Описание задачи:

  1. Ключевые задачи:
  • Исследовать МК на максимально возможные рабочие частоты по входам/выходам;
  • Исследовать МК на максимальные фактические возможные скорости работы АЦП, генерации ШИМ, измерение временных интервалов;
  • Исследовать аналоговые и преобразовательные свойств АЦП (Линейность, шумы, стабильность и прочее);
  • Исследовать возможность и методы использования АЦП для разработки осциллографа, в том числе — метода эквивалентного времени выборки (Equivalent-Time Sampling — ETS);
  • Исследовать возможность и методы использования АЦП для разработки высокоточного измерителя постоянного напряжения;
  • Разработать рабочие прототипы алгоритмов и прошивок для решения указанных выше ключевых задач.
  1. Технические и иные требования:
  • С целью облегчения повторения конструкции схемотехнические решения не должны включать другие компоненты, кроме обязательных: МК, источники вторичного питания и рекомендуемые производителем при эксплуатации МК элементы; 
  • Устройство будет иметь внешний графический интерфейс, подключаемый через интерфейс UART;
  • Источники опорной тактовой частоты должны быть стабильными (кварцевая стабилизация);
  • Диапазон логических выходных и входных напряжений  — от 0 до 3 Вольт, не менее;
  • Диапазон аналоговых входных напряжений  — от 0 до 3 Вольт, не менее;
  • Диапазон входных частот — максимально возможные, но не менее 10 Мгц;
  • Разрешение при измерении напряжения постоянного тока не менее 50 мкВ;
  • Погрешность задания и измерения частоты  — 8 действительных десятичных знаков.

Ключевые особенности реализации:

  1. Используемый микроконтроллер:
    • BE-U1000 (Baikal-U).
  2. Алгоритмы/программное обеспечение:
    • Описание алгоритма прошивки см. в файле «ИРЛР прошивка».
    • Использовались IDE VS Code, SDK mcu-sdk-2.1 от Baikal Electronics, в том числе исходные тексты примеров и шаблонов.
    • Никакая ОС не поддерживается, «Голое железо».
  3. Аппаратная часть:
    • При разработке и отладке использовались
      1. Отладочная плата EVU-BA-2.1 от «БАЙКАЛ ЭЛЕКТРОНИКС;
      2. Функциональный генератор на базе микросхемы ICL8038;
      3. Частотомер E330;
      4. Мультиметр AN101;
      5. ПК с ОС Windows 10;
      6. WebGUI собственной разработки.
  4. Образовательный или промышленный контекст:
    • Это проект может быть использован в учебных целях, если использовать какую либо из плат разработки, содержащую МК BE-U1000.
    • Другой вариант — использовать специально изготовленный адаптер QFN-88 – DIP, и смонтировать на него МК BE-U1000.

Результаты:

  • Удалось протестировать BE-U1000 на предмет применимости в проекте ИРЛР. Реализован осциллограф частотой выборки в реальном времени до 1 Мвыб./Сек, с возможностью использовать ETS метод с эквивалентной скоростью выборки до 80Мвыь/сек и шириной частот исследуемого сигнала — до 30МГц. 
  • Другой задуманный функционал реализован не полностью. Не хватило опыта и времени. Не сложно реализовать в будущем.

Выводы:

  • Проведено исследование применимости МК и разработка проекта Измерительной Лаборатории Радиолюбителя. Ожидается доработка и публикация проекта, чтобы опубликовать на любительских и учебных ресурсах. Устройство может быть собрано в условиях студенческой лаборатории как для исследования устройства, так и для другого применения. Может быть создано бюджетное устройство с хорошими, не бюджетными возможностями.
  • Наличие гибкой системы загрузки программы, встроенного в МК отладчика, встроенного интерпретатора языка Pyton делает этот кристалл весьма интересным для студентов и радиолюбителей-конструкторов.  
  • МК BE-U1000 на архитектуре RISC-V не только доказал свою всестороннюю эффективность но и является перспективной разработкой.

Перспективы:

  • Проект будет мною дорабатываться, в том числе в части внешних элементов. После исправления возникшей у меня проблемы с USB функциональность значительно расширится.
  • После широкой публикации проекта ожидается заинтересованность производителей и рынка. Простые вещи за небольшую цену всегда востребованы.

Изображения/схемы:
Два отчетных текстовых документа в файлах, «BE-U1000 ИРЛР описание прошивки», «BE-U1000 Демонстрация проекта ИЛРЛ.odt».

Рабочее место

ИРЛР. Алгоритм прошивки

ИРЛР. «Блок схема. Версия UART

На входе меандр 1.0МГц

На входе меандр 9.615МГц

На входе меандр 10кГц

На входе меандр 100кГц

По ссылке находятся исходные коды прошивки. Среда разработки —  VS Code.  Использован SDK mcu-sdk-2.1