基于OpenHarmony + 小凌派RK2206開發板制作的簡易示波器，實時采集波形，實時計算并實時顯示對應的波形。OpenHarmony實時性較高，穩定性好，瑞芯微RK2206芯片接口豐富，OpenHarmony芯片適配穩定性好，做出來的簡易示波器效果還不錯。本文先做第一期的技術文檔，后續將持續完善功能和技術文檔更新。

1

項目簡介

本文基于OpenHarmony操作系統 + 小凌派RK2206開發板而做的簡易示波器開發。

本開發以瑞芯微RK2206芯片 + OpenHarmony 3.0LTS操作系統 + 小凌派-RK2206開發板為基礎，以模數轉換芯片ADS1256為采集數據芯片實時采集，然后通過峰值檢測和fft變換算法處理采集數據，最后將處理完成的數據輸送到LCD液晶屏上實時顯示。

項目實驗視頻如下所示：

2

模塊介紹

1.ADS1256模塊
ADS1256是一款 24bit ADC轉換模塊。ADS1256可以通過SPI進行訪問 的高精度的轉換器。

上圖為ADS1256芯片結構和引腳圖，從圖可以看出ADS1256的通道資源比較豐富，可以配置成8個單端ADC通道，也可以配置成4個差分通道。ADS1256的通信接口為串行接口，同時還有4個通用的IO口，不過這四個IO口不經常用到。

ADS1256內部有許多寄存器需要配置，相較于ADS1232用起來要復雜的多。

下面介紹一下ADS1256的初始化。

通過SPI通信配置ADS1256的參數，增益以及轉換速率。

void ADS1256_CfgADC(uint8_t gain,uint8_t drate)  // 初始化設置，設置增益以及轉換速率{  uint8_t buf[4];  ADS1256_WriteCmd(CMD_RESET);        // 寫復位指令  ADS1256_WriteReg(REG_STATUS,0XF4);     // 寫狀態，數據傳輸默認高位在前，啟動矯正，禁止使用緩沖  ADS1256_WriteCmd(CMD_SELFCAL);       // 自校準  ToyUdelay(20);  {    buf[0] = (0 << 3) | (1 << 2) | (0 << 1);    buf[1] = 0x08;           //通道設置選擇    buf[2] = (0 << 5) | (0 << 3) | (gain << 0);    buf[3] = drate; // DRATE_10SPS; /* 選擇數據輸出速率 */    CS_L;    ADS1256_Send8Bit(CMD_WREG|0);     // 寫寄存器    ADS1256_Send8Bit(0x03);        // 連續寫入4個數據    ADS1256_Send8Bit(buf[0]);       // 設置狀態寄存器    ADS1256_Send8Bit(buf[1]);       // 設置輸入通道參數    ADS1256_Send8Bit(buf[2]);       // 設置ADCON控制寄存器，增益    ADS1256_Send8Bit(buf[3]);        // 設置數據速率    CS_H;  }  ToyUdelay(50);}

（左右移動查看全部內容）

然后選擇通道0，等待數據轉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DRDY變為低電平時，數據開始傳輸  ADS1256_WriteReg(REG_MUX,channel);    // 寫入讀取的通道  ADS1256_WriteCmd(CMD_SYNC);       //同步A/D轉換命令// Delay_1us(1);  ADS1256_WriteCmd(CMD_WAKEUP);      //完成SYNC并退出待機模式  GpioGetVal(DRDY, &val);  while(val==1)               // 等待數據轉換完成  {    GpioGetVal(DRDY, &val);  }  CS_L;                  //片選拉低  ADS1256_Send8Bit(CMD_RDATA);       //讀取數據命令  //連續接收3個數據，高字節在前  read = ((uint32_t)ADS1256_Recive8Bit() << 16);       read +=( (uint32_t)ADS1256_Recive8Bit() << 8);  read += ADS1256_Recive8Bit() ;  CS_H;  return read;  }

（左右移動查看全部內容）

2.LCD液晶屏模塊

本項目使用的是ST7789V, 用于單片驅動262K色圖像TFT-LCD, 包含 720(240*3色) x 320 線輸出, 可以直接以SPI協議, 或者8位/9位/16位/18位并行連接外部控制器。ST7789V顯示數據存儲在片內240x320x18 bits內存中, 顯示內存的讀寫不需要外部時鐘驅動。

具體接線如下圖所示：

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開發板連接如下圖所示：

3

簡易示波器功能的實現

1.峰值檢測

通過查找ad采集的數據內的最大值和最小值，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;}

（左右移動查看全部內容）

2.頻率檢測

通過fft變換，FFT變換的數據需要兩部分，實部和虛部，由于變換的是數據是AD采集的實數據，所以只需將采集的值存入實部，虛部存入零即可。通過變換將時域信號轉換到頻域，然后通過取模排序，然后計算即可得到頻率。他的基本思想是把原始的 N 點序列，依次分解成一系列的短序列。充分利用 DFT 計算式中指數因子所具有的對稱性質和周期性質，進而求出這些短序列相應的 DFT 并進行適當組合，達到刪除重復計算，減少乘法運算和簡化結構的目的。當N是素數時，可以將 DFT算轉化為求循環卷積，從而更進一步減少乘法次數，提高速度。

（1）FFT變換函數

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);//蝶形級數  int L;//蝶形運算級數，用于循環  int N;//蝶形運算數據量，用于循環  int distance;//蝶形運算兩節點間的距離，用于循環（distance=N/2）  int group;//蝶形運算的組數  float tmpr1, tmpi1, tmpr2, tmpi2;//臨時變量  int i, j, k;  for (i = 0; i < n; i++) {//數位倒讀    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    for (i = 0; i < group; i++) {//每級蝶形各組循環      for (k = 0; k < distance; k++) {//每組蝶形運算        float theta = -2 * PI * k / N * isign;//旋轉因子,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;  }}

（左右移動查看全部內容）

（2）取模運算函數

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

（左右移動查看全部內容）

（3）然后將FFT變換的幅值進行排序，同時也對他們的下標進行了排序，以便后續的計算，即除了直流信號的第一個頻率點即為改信號的頻率。

void sorting (void){  uint16_t i,j;  uint32_t temp1;    for(i=0;i2;i++) =""  ="" ="" 下標賦初值  {    xb[i]=i;  }  for(j=0;j<(Ns/2-1);j++)         // 冒泡排序   {    for(i=1;i<(Ns/2-j-1);i++)    //直流項不參與排序 從第二項開始           {      if(y2[i]1])      {                temp1=y2[i];        //交換數據        y2[i]=y2[i+1];        y2[i+1]=temp1;
        temp1=xb[i];              //交換下標        xb[i]=xb[i+1];        xb[i+1]=temp1;      }        }                                   }}

（左右移動查看全部內容）

（4）通過計算即可得到頻率，采樣點數將采樣頻率進行平分，通過排序取得的幅值最大的那個點的下標進行相乘即為頻率，1.47為補償系數，因為ADS1256采集數據后有延時，導致進行FFT變換后所對應的幅值最大點的下標前移，導致計算頻率時候會偏小。

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

（左右移動查看全部內容）

3.波形顯示
通過將采集的幅值進行計算，使最后的值在屏幕大小的范圍內，進行描點畫圖。

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，如果出現上下顛倒的情況，可以改成120 +  if(firstPoint)//如果是第一次畫點，則無需連線，直接描點即可  {    LCD_DrawPoint(0,y,color);    lastX=0;    lastY=y;    firstPoint=0;  }  else  {    x=lastX+2;    if(x<320) //不超過屏幕寬度    {      LCD_DrawLine(lastX,lastY,x,y,color);      lastX=x;      lastY=y;    }    else //超出屏幕寬度，清屏，從第一個點開始繪制，實現動態更新效果    {      //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;    } }}

（左右移動查看全部內容）

4.LCD顯示
Gitee社區已有這部分源代碼和說明文檔，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

4

心得體會

通過OpenHarmony操作系統 + 小凌派-RK2206開發板進行項目開發，OpenHarmony的實時性好，穩定性高，瑞芯微RK2206芯片接口比較豐富，移植適配穩定性較好，整體開發進度比較順利，開發的難度都集中在數據處理算法上。通過這一次的應用開發，整體上對OpenHarmony和國產芯片開發還是蠻認可的，是一次不錯的學習體驗，特此記錄！