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OSCILOSCOPIO
Arduino

STM32F103C8T6
640000 muestras segundo
Fast A/D



En mi anterior montaje había realizado un osciloscopio con un arduino. Había conseguido una tasa máxima de muestreo de 250000 muestras por segundo. El programa estaba realizado utilizando la librería SDL en la parte del PC.
Como tenía un arduino basado en un STM32F103C8T6 , un  procesador  bastante mas potente que el ATmega 328 , investigue si podía conseguir una tasa de muestreo algo mas elevada.
Según la tabla de características del  STM32F103xx  performance line devices: 1 μs at 56 MHz (1.17 μs at 72 MHz).
Se raro que indique mas rapidez de conversión a 56 MHz que a 72 MHz , pero el caso es que en teoría podría llegar a una tasa de muestreo de 854000 muestras por segundo.
Mi idea era mantener el interface SDL del anterior montaje y cambiar el programa arduino de obtención de datos en la placa STM32F103, ajustándolo al nuevo procesador.
Lo primero que intente con éxito era cambiar la orden del conversor A/D  y utilice la orden: adc_read(ADC2, 0) , donde el 0 es el pin A0 que corresponde al PA0 en el programa.
El programa funcionaba, pero no se conseguía un aumento significativo en la tasa de conversión.
Mirando por internet encontré una fórmula para cambiar el reloj del conversor A/D con la orden: adc_set_prescaler(ADC_PRE_PCLK2_DIV_4) .
Puede tener tres opciones:
  ADC_PRE_PCLK2_DIV_2
  ADC_PRE_PCLK2_DIV_4
  ADC_PRE_PCLK2_DIV_6
  ADC_PRE_PCLK2_DIV_8

Con este cambio en la frecuencia de reloj, cambiamos la tasa de muestreo.

Clock configuration register (RCC_CFGR)
Address offset: 0x04
Reset value: 0x0000 0000
Access: 0 ≤ wait state ≤ 2, word, half-word and byte access
1 or 2 wait states inserted only if the access occurs during clock source switch.

Bits 15:14 ADCPRE: ADC prescaler
Set and cleared by software to select the frequency of the clock to the ADCs.
00: PCLK2 divided by 2
01: PCLK2 divided by 4
10: PCLK2 divided by 6
11: PCLK2 divided by 8


Pero aún así no llegábamos a la tasa de muestreo que prometían las especificaciones del procesador.
Buscando por internet encontré en un foro http://www.stm32duino.com/viewtopic.php?t=847  la forma de aumentar la tasa de muestreo.
La forma era con el comando: adc_set_sample_rate(ADC2, ADC_SMPR_13_5);
Efectivamente, aumento la tasa de muestreo a mas de 600000 muestras por segundo.
Las opciones posibles son:
    ADC_SMPR_1_5,               /**< 1.5 ADC cycles */
    ADC_SMPR_7_5,               /**< 7.5 ADC cycles */
    ADC_SMPR_13_5,              /**< 13.5 ADC cycles */
    ADC_SMPR_28_5,              /**< 28.5 ADC cycles */
    ADC_SMPR_41_5,              /**< 41.5 ADC cycles */
    ADC_SMPR_55_5,              /**< 55.5 ADC cycles */
    ADC_SMPR_71_5,              /**< 71.5 ADC cycles */
    ADC_SMPR_239_5,             /**< 239.5 ADC cycles */
Aunque no entiendo muy bien lo que realmente hace, el manual del registro dice:
ADC sample time register 2 (ADC_SMPR2)
Address offset: 0x10
Reset value: 0x0000 0000

Bits 29:0 SMPx[2:0]: Channel x Sample time selection
These bits are written by software to select the sample time individually for each channel.
During sample cycles channel selection bits must remain unchanged.

De las prueba realizadas la mejor combinación para dar una tasa de muestreo de 640000 muestras/segundo  es :
adc_set_prescaler(ADC_PRE_PCLK2_DIV_2) ;
adc_set_sample_rate(ADC2, ADC_SMPR_7_5);


Visualización de una frecuencia de 16000Hz . Muestreo de 640000 muestras/seg.

Para poder visualizar y medir mejor las ondas, he incorporado botones de zoom y de desplazamiento de onda.

Visualización de la onda 16KHz con zoom x4 modo puntos.

 
Visualización de la onda 16KHz con zoom x4 modo lineas.

Podemos observar 40 muestreos en un ciclo de onda de 16KHz.
Si calculamos 16000x40=640000 muestras/segundo.



PROGRAMA

Nota:
Debemos tener en cuenta que la máxima tensión de entrada es de 3.3V , que también es la tensión de alimentación del procesador.
La impedancia de entrada es mucho mas baja que en un arduino convencional,  lo que debemos tener en cuenta.
La propia sonda del osciloscopio me producía ruido en el propio chip.



Saludos
Juan Galaz



Bibliografía:
oscisdl.html
http://www.stm32duino.com/viewtopic.php?t=847
https://github.com/leaflabs/leaflabs-docs/blob/master/source/libmaple/overview.rst
https://hackaday.io/project/425-arduino-oscilloscope-688000-samplessec


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