PIC32MZ-DA CPUボードが完成しましたので、このCPUボードを利用してWaveAnalyzerを作成します。

仕様

  • 機能　　　　　　　　　オシロスコープ、FFT、１/３オクターブアナライザ
  • サンプリングレート　　１2.5Mｓｐｓ(max)=3.125Msps*4
  • 分解能　　　　　　　　１２ビット
  • サンプリングバッファ　２０４８ワード
  • CPU　　　　　　　　　PIC32MZ1025DAG176(QFP 176pin)
  • プログラムメモリ 1024kB
  • データメモリ 256kB
  • DDR2 SDRAM 32MB
  • アナログ周波数帯域　　10Hz～１MHz
  • 垂直感度　　　　　　　２V/Div～0.1V/Div（１０：１プローブ使用時）
  • タイムベース　　　　　１０ｍsec/Div～１μsec/Div
  • 入力インピーダンス　　１MΩ
  • 最大入力電圧　　　　　±１０Vｐｐ（１：１０プローブ使用時）
  • ディスプレイ　　　　　８インチ　TFT　カラーLCD
  • チャンネル数　　　　　２
  • 外部インターフェース　USB　typeB
  • ストレージ　　　　　　SDカード
  • 電源電圧　　　　　　　１００V
  • 外形寸法　　　　　　　３００ｍｍ（W)＊１５０ｍｍ（H)*８０ｍｍ（D)
  • 重量　　　　　　　　　約　ｋｇ


筐体

8インチのTFT液晶モニタを入手できましたので、これを加工してWave Analyzerを作ります。
入手したモニタです。

中身はコントローラー基板とインバーターが内蔵されていました。LCDインターフェースのコネクタは取り外しました。

コントローラ基板を外すと、液晶パネルが見えます。
液晶パネルは、東芝松下ディスプレイのLTM08C351Tで、８００×６００ピクセル、RGB6bitです。
インバータは　TDKのCXA-0300が載っています。さらにタッチパネルもついています。

LTM08C351

アナログ入力部の設計

アナログ回路（入力部）には、１０：１のプローブを接続し、測定する。
ADCの入力電圧範囲は0～3.3Vであり、プローブの１：１０を考えると０～３３Vとなる。
入力はACカップリングされているため３３Vppの入力が可能である。


また、オシロスコープの入力電圧の切り替えが、１，２，５単位から、３３V内の値では、２V/div×10div＝２０Vが近い。ゲイン1倍の時、入力の電圧設定値は２V/divとなる。
入力信号は、マイクロチップの可変ゲインOPアンプ　MCP6S21で増幅される。
このOPアンプは、レールtoレールのオペアンプで　シリアル設定で1倍、2倍、4倍、5倍、8倍、10倍、16倍、32倍の8種類の増幅率を設定することができる。
２倍に設定時、ADCの入力電圧範囲は0～3３V/２(16.5V)であり、1V/div×10div＝10Vから、ゲイン２倍の時、入力の電圧設定値は１V/divとなる。
同様に、各倍率の電圧設定値は下表のようになる。

倍率入力範囲入力範囲[V]/１０[div]入力電圧設定値
1倍０～３３V３．３[V/div]2[V/div]
2倍０～１６．５V1.65[V/div]1[V/div]
4倍０～８．２５V.825[V/div]0.5[V/div]
5倍０～６．６V0.66[V/div]0.5[V/div]
8倍０～４．１２５V0.4125[V/div]0.2[V/div]
10倍０～３．３V0.33[V/div]0.2[V/div]
16倍０～２．０６２５V0.20625[V/div]0.2[V/div]
32倍０～１．０３１２５V0.103125[V/div]0.1[V/div]

上の表から、2[V/div]時：1倍の倍率、1[V/div]：2倍の倍率、0.5[V/div]：5倍、0.2[V/div]：16倍、0.1[V/div]：３２倍の設定が最適となる。

mcp6s2x

OPアンプの出力は、PIC32MZ-DAのADCに入力する。
チャネル１(CH1)の出力信号は、AN０、AN1、AN４７、AN４８に入力する。
チャネル２(CH2)の出力信号は、AN２、AN3に入力する。
ADCの変換スピード５ｋ[Sample/Sec]～2.5M[Sample/Sec]の時,CH1はAN0(ADC0)、CH２はAN２(ADC2)でAD変換を行う。
ADCの変換スピード5M[Sample/Sec]～6.25M[Sample/Sec]の時,CH1はAN0(ADC0)とAN1(ADC1)、CH２はAN２(ADC2)とAN3(ADC3)で2つのADCでインターリーブAD変換を行う。
CH1のみの測定時、AN0(ADC0),AN1(ADC1),AN47(ADC2),AN48(ADC3)の4つを使用しインターリーブADCを行う。
詳細は　後で説明する。

周波数測定は、CH1入力ではAN1に接続されているコンパレータCMP2でデジタル信号に変換され、Timer6/7とIC７に入力される。
ダイレクト周波数カウントでは、内部タイマーで１Secのゲート時間を生成し、Timer6/7を有効にし、入力信号をカウントする。
レシプロカルカウントでは、IC7で入力信号の周期をを測定し、逆数をとることにより入力周波数を求める。
同様にCH2入力ではAN2に接続されているコンパレータCMP1でデジタル信号に変換され、Timer4/5とIC2に入力され周波数を求める。
　　

オシロスコープ・タイミング生成（１Div=50dotとする。T3CK=５0MHｚ)

ADCクロック（１/Tad)は、データーシートより　１６０ｋHz(６２５０ｎSec)＜Fad(1/Tad)<５０MHｚ（２０ｎSec)である。12bitADCの処理には１６Tadを要する。これからADCクロック(1/Tad)は、トリガークロックの20倍の値として設計する。ただし上記のデーターシートからのFad(1/Tad)の仕様内とする。

測定範囲(Hz)Time/DivTime/dotサンプリングトリガー
(PR3)		OCCONCLKDIVADCクロック (ADCxDIV)
10-10010mSec0.2mSec5kHz
(50point)		←
10000-1		ー40MHz(4)160kHz(250)
20-2005mSec0.1mSec10kHz
(50point)		←
5000-1		ー40MHz(4)200kHz(200)
50-5002mSec40uSec25kHz
(50point)		←
2000-1		ー40MHz(4)500kHz(80)
100-1k1mSec20uSec50kHz
(50point)		←
1000-1		ー40MHz(4)1MHz(40)
200-2k0.5mSec10uSec100kHz
(50point)		←
500-1		ー40MHz(4)2MHz(20)
500-5k0.2mSec4uSec250kHz
(50point)		←
200-1		ー40MHz(4)5MHz(8)
1k-10k0.1mSec2uSec500kHz
(50point)		←
100-1		ー40MHz(4)10MHz(4)
2k-20k50uSec1uSec1MHz
(50point)		←
50-1		ー40MHz(4)20MHz(2)
5k-50k20uSec0.4uSec2.5MHz
(50point)		←
20-1		ー100MHz(1)50MHz(2)
10k-100k10uSec0.2uSec5MHz
(50point)		2.5MHz*2
20-1		20/2100MHz(1)50MHz(2)
20k-200k5uSec0.1uSec10MHz
(25point)		2.5MHz*2
20-1		20/2100MHz(1)50MHz(2)
50k-500k2uSec40nSec25MHz
(12.5point)		3.125MHz*2
16-1		16/2100MHz(1)50MHz(2)
100k-1M1uSec20nSec50MHz
(6.25point)		3.125MHz*2
16-1		16/2100MHz(1)50MHz(2)

・２０uSec/Div以下のの測定では、サンプリング周波数が２．５MHｚでADCの最大変換速度３．１２５Msps以下なので　1つのADCを用いてAD変換処理を行う。
・１０uSec/Divの測定では、サンプリング周波数が５MHｚでADCの最大変換速度３．１２５Msps以上なので　２つのADCを用い（３．１２５Msps＊２＝６．２５Msps)てAD変換処理を行う。
・５uSec/Divの測定では、サンプリング周波数が１０MHｚで2つのADCの最大変換速度（３．１２５Msps＊２＝６．２５Msps)以上なので　サンプリングポイントを半分の２５ポイントとしてAD変換処理を行う。不足データーは、隣接するデーターから補間する。
・２uSec/Divの測定では、サンプリング周波数が２５MHｚで2つのADCの最大変換速度（３．１２５Msps＊２＝６．２５Msps)以上なので　サンプリングポイントを1/４の１２．５ポイントとしてAD変換処理を行う。不足データーは、隣接するデーターから補間する。
・１uSec/Divの測定では、サンプリング周波数が５０MHｚで2つのADCの最大変換速度（３．１２５Msps＊２＝６．２５Msps)以上なので　サンプリングポイントを1/８の６．２５ポイントとしてAD変換処理を行う。不足データーは、隣接するデーターから補間する。

FFT・タイミング生成（2048ポイントFFT,　T3CK=２０．４８MHｚ）

測定範囲（Hz)最小分解周波数（Hz)トリガー
(PR3)		CONCLKDIVADCクロック (ADCxDIV)
1-1024Hz1Hz1024Hz
(20000-1)		40MHz(4)160kHz(250)
10-10.24kHz10Hz10.24kHz
(2000-1)
40MHz(4)200kHz(200)
100-102.4kHz100Hz102.4kHz
(200-1)		40MHz(4)2MHz(20)
1k-1.024MHz1kHz1.024MHz
(20-1)		40MHz(4)20MHz(2)

レジスタ表

SDRAM初期化

DDR SDRAMの初期化を実行するには、次の手順が必要です。


1.電源を入れてDDRクロックを開始します。
初期化コマンドを送信する前にDDRクロックは最低200µsの間安定している必要があります。

2.DDRCMD1xおよびDDRCMD2xレジスタを次のシーケンスでプログラムします。
コマンド：
a）リセット後にCKEをハイにし、NOPまたはDESELECTコマンドを使用して400ns待機します。
b）Precharge AllBanksコマンドを発行します。
c）拡張モードレジスタ2（EMR2）を初期化します。
d）拡張モードレジスタ3（EMR3）を初期化します。
e）拡張モードレジスタ（EMR）に書き込んでDLLを有効にします。
f）モードレジスタ（MR）に書き込んでDLLをリセットします。
g）Precharge AllBanksコマンドを発行します。
h）2つの自動更新コマンドを発行します。
i）DLLをリセットせずにMRを再プログラムします。
j）OCDのデフォルトでEMRを再プログラムします。
k）OCD出口でEMRを再プログラムします。

3.コマンドの数をNUMHOSTCMDS（DDRCMDISSUE <3：0>）に書き込みます。

4. VALIDビット（DDRCMDISSUE <4>）を設定します。

5. STINITビット（DDRMEMCON <0>）を設定します。

6. VALIDビット（DDRCMDISSUE <4>）がハードウェアによってクリアされるのを待ちます。

7. INITDNビット（DDRMEMCON <1>）をセットして、コントローラーを使用可能にします。

8.これで、DDRSDRAMは通常の操作の準備ができました。

グラフィックLCD(GLCD)コントローラ

下記の１９のレジスタでGLCDコントローラを設定する。

  • GLCDMODE:グラフィックLCDコントローラモードレジスタ
    • LCDEN:LCDコントローラモジュール　イネーブルビット　１：有効　　０：無効
    • DEPOL:DE極性ビット　１：極性を反転する　　０：極性を反転しない
    • PCLKPOL:画素クロック出力極性ビット　１：クロック出力を反転する　　０：反転しない
    • PGRAMPEN:パレットカンマランプ　イネーブルビット　　１：有効　　０：無効
    • RGBSEQ:RGBシーケンシャルモード　７：BT656　　６：YUYV　　０：パラレルRGB（RGB８８８、RGB666、RGB３３２）
  • GLCDCLKCON:グラフィックLCDコントローラ　クロック制御レジスタ
  • GLCDBGCOLOR:グラフィックLCDコントローラ　背景色レジスタ
  • GLCDRES:グラフィックLCDコントローラ　分解能レジスタ
    • RESX:X方向の表示クロック数を設定します（例：６４０、８００）
    • RESY:Y方向の表示ライン数を設定します（例：４８０、６００）
  • GLCDFPORCH:グラフィックLCDコントローラ　フロントポーチレジスタ
    • FPORCHX:HSYNCまでのクロック数を設定します（例：６４０＋１０クロック、８００＋２０クロック）
    • FPORCHY:VSYNCまでのライン数を設定します（例：４８０＋１０ライン、６００＋２０ライン）
  • GLCDBLANKING:グラフィックLCDコントローラ　ブランキングレジスタ
    • BLANKINGX:HSYNCの幅をクロック数で設定します（例：640+10+5クロック,800+20+5クロック)
    • BLANKINGY:VSYNCの幅をライン数で設定します（例：480+10+5ライン,600+20+5ライン）
  • GLCDBPORCH:グラフィックLCDコントローラ　バックポーチレジスタ
    • BPORCHX:1Hの幅をクロック数で設定します（例：640+10+5+15クロック=670,800+20+5+15クロック=830)
    • BPORCHY:1Vの幅をライン数で設定します（例：480+10+5+25ライン=520,600+20+5+25ライン=640）
  • GLCDCURSOR:グラフィックLCDコントローラ　カーソルレジスタ
  • GLCDLxMODE:グラフィックLCDコントローラ　レイヤ「ｘ」モードレジスタ
    • LAYERN:レイヤイネーブルビット　　１：レイヤを有効にする　　０：無効にする
    • COLORMODE:カラーモードビット　　１２：RGB888　　５：RGB565　　４：RGB332
  • GLCDLxSTART:グラフィックLCDコントローラ　レイヤ「ｘ」開始レジスタ（ｘ＝０～２）
    • STARTX:X座標レイヤ開始位置ビット（画素オフセット）
    • STARTY:Y座標レイヤ開始位置ビット（画素オフセット）
  • GLCDLxSIZE:グラフィックLCDコントローラ　レイヤ「ｘ」サイズレジスタ（ｘ＝０～２)
    • STARTX:X座標レイヤサイズビット
    • STARTY:Y座標レイヤサイズビット
  • GLCDLxBADDR:グラフィックLCDコントローラ　レイヤ「ｘ」ベースアドレスレジスタ（ｘ＝０～２）
    • BASEADDR:フレームバッファ　ベースアドレス
  • GLCDLxSTRIDE:グラフィックLCDコントローラ　レイヤ「ｘ」ストライドレジスタ（ｘ＝０～２）
    • STRIDE:レイヤ　ストライドビット（ラインの間隔をバイト数で指定します）
  • GLCDLxRES:グラフィックLCDコントローラ　レイヤ「ｘ」分解能レジスタ（ｘ＝０～２）
    • RESX:レイヤ「ｘ」のX方向の表示クロック数を設定します（例：６４０、８００）
    • RESY:レイヤ「ｘ」のY方向の表示ライン数を設定します（例：４８０、６００）
  • GLCDINT:グラフィックLCDコントローラ　割り込みレジスタ
  • GLCDSTAT:グラフィックLCDコントローラ　ステータスレジスタ
  • GLCDCLUTx:グラフィックLCDコントローラ　グローバル色変換ルックアップテーブルレジスタ（x=0～２５５）
  • GLCDCURDATAx:グラフィックLCDコントローラ　カーソルデータ「ｎ」レジスタ（ｎ＝０～１２７）
  • GLCDCURLUTx:グラフィックLCDコントローラ　カーソルLUTレジスタ「ｘ」(ｎ=0～１５）

外観図

ERRATA２１（内部DDRVref回路が動作していない）対応

  • DDRVref（６６ピン）にVDDR1V8/2=1.8V/2=0.9Vを印加する(1kΩ抵抗2本で1.8Vを分割して0.9Vを作る）
  • DDR2初期化の前に、CFGMPLLbits.INTVREFCON = 0; //外部のDDRVref回路を使用する