Pi是否足以用于示波器项目？

#1 楼

让我们对示波器的功能进行高层次的概述：首先，我们有模拟前端。在这里，我们为探头提供了阻抗匹配网络（但探头也必须具有电容匹配部分），衰减部分（非常重要，因此我们不会使ADC过载或让高压进入），触发并连接至模数转换器。我不会过多地谈论这一点，因为我不太喜欢模拟东西，但最重要的是：在这一部分，我们无法用Pi做任何事情。

接下来，我们有了模数转换器部分。每个通道至少需要一个ADC。更多可以用于更高的采样率。在传统范围内，ADC连接到ASIC或FPGA器件。之所以使用它们，是因为传统的计算机不够实时（并且不能将实时与快速混淆！）来处理ADC提供的数据。然后将该数据存储到某种RAM中。有些设备将使用静态RAM，而另一些设备将使用动态RAM。通常，SRAM方法是更传统的方法，并且在大型制造商中也可以看到，而DRAM的使用似乎是在较便宜的中国设计单位中看到的新方法。

RAM的数量及其速度将决定可以存储多少样本。几乎总是ADC是8位ADC，因此对于一个兆采样，我们将需要8 b乘以100000 = 8 Mb或1 MB RAM。对于一个MSa / s，我们需要可以这种速度工作的RAM。今天，这应该相对容易实现。 FPGA通常直接驱动RAM，并负责在其中存储数据。它的工作方式是在仍然有空房间的情况下填充示例内存，然后在空间满时将其覆盖。当每个通道有多个ADC时，FPGA将对其进行设置，使其首先开始采样，然后在下一个时钟秒开始，依此类推。当他们完成采样后，第一个ADC的采样将首先被写入存储器，然后是第二个ADC的采样。这将使ADC看起来比实际采样的速度快。

本节的下一点是采样时间应等距。这是在示波器中使用PC的主要问题，也是FPGA和ASIC占主导地位的原因。如果某些样本迟到或过早，则屏幕上显示的图像将不正确。

在这一部分中，我们看到了Pi的首次可能使用。如果采样率足够低，我们也许可以直接从Pi驱动ADC，并将其结果存储在Pi的RAM中。我们能走多快取决于ADC与Pi的连接方式以及Pi进行I / O的方式。根据我的阅读，Pi的I ^ 2C端口的最高速度为150 MHz（在GNU / Linux中实现这一难易程度是另一个问题），而最高的标准速度为5 MHz，而SPI的最高速度为Pi是250 MHz。我不确定SPI的最高标准速度是多少，但我希望它最大可以在100 MHz范围内。

因此，从理论上讲，我们在Pi上具有足够的速度来在低MSa / s范围内运行ADC。我感觉RAM速度在这里不会成为问题，但是我没有任何数据可以备份。如果真是这样，那么我们将比通常的范围有一个很大的好处：将有大量的捕获内存可用。例如，如果我们将32 MiB的RAM专用于程序用于样本存储，而我们有两个通道，那么每个通道将有16 MiB的空间，或者每个通道多于134 Mb或134 megasample。即使到了今天，许多示波器也无法做到这一点。

缺点是我们需要对操作系统进行大量修改，才能在此处获得准确的采样。我没有使用实时Linux的经验，所以我不知道这会多么容易。

无论如何，让我们继续下一步。因此，我们有一个填充RAM的采样系统。下一部分是触发器。触发器与屏幕刷新率密切相关。它基本上所做的是找到一个有趣的样本并将其保存在内存中。示波器触发时，它将在触发后继续采样，直到填满内存，然后将其发送并进行处理并显示在屏幕上。在处理数据时，采样系统（如果经常冻结）并等待数据显示。这就是为什么低端示波器的刷新率较低，而高端示波器将具有特殊的高刷新率显示，并且花费更少的时间等待数据被显示。

在本节中，通常是另一个将对样本进行信号处理的ASIC或FPGA，如果示波器支持，则可以进行任何协议解码并实际驱动显示器本身。

从我可以看到的那部分来看，Pi确实可以发光。它可以驱动漂亮的1920x1080显示屏（示波器通常在800x600像素以下），并且可以很好地进行协议解码。我能看到的唯一问题是速度以及处理过程如何影响延迟时间。如果我们的刷新率很低，那么我们可以得到一个非常好的逻辑分析仪。示波器进行输入和采样，并将采样数据发送到PC，以进行主机应用程序的处理。基本上，Pi也可以完成类似的操作。通常，PC应用程序的设计不当，并且充满错误。下一个不好的部分是USB本身。它被宣传为快速总线，在“高速”模式下可以达到480 Mb / s。事实是，找到能够支持如此高速度的USB控制器非常罕见（平均速度似乎比我看到的速度高出约250 Mb / s），并且它作为协议并不十分适合任何实际应用。时间申请。首先，它在集线器上的所有设备之间共享（Pi仅具有一个连接了以太网+ USB集线器的USB端口），具有相对较高的开销（与SPI相比），并且具有较高的延迟（请记住，速率为1 MSa / s每个样本仅持续1 µs，因此我们必须在板上有内存，因为我们无法通过USB实时发送样本。最终，使用USB将使数据采集成为其他USB示波器的一部分，这就是我们失去使用Pi的任何好处：传统台式计算机更加普遍，更快，更容易获得并且具有更好的USB功能。

编辑
我阅读了Gert van Loo的一篇相对较新的文章，据他介绍，Pi的I ^ 2C的实际速率为400 kHz，SPI的实际速率为20 MHz。 >

#2 楼

我们发现Raspberry Pi是运行此类项目所需软件的绝佳平台。问题是首先将信号放入RPi，并在运行O / S和应用软件的同一CPU上执行高速无抖动实时信号捕获。我们的解决方案是BitScope Raspberry Pi示波器，该示波器将BitScope（用于高速混合信号波形捕获）与运行所有必需软件的Raspberry Pi配对。

#3 楼

N.B：这更像是一个“大声思考”的文本，而不是真正的答案。

这个想法在不久前也浮现在我的脑海，我仍然喜欢这个总体想法！

据我所知，高端示波器是15年来（甚至更长），只是带有大量专用高速I / O的计算机（PC）。我认为，当将类似的I / O设计/连接到RPi时，结果可能会令人惊讶。

恕我直言，做到这一点的一种好方法是让RPi仅存储和显示收集的数据（例如通过USB端口接收），并让一些专用硬件进行高速测量。然后，RPi也可以根据用户输入或类似的东西来控制此高速测量单元。

在RPi的第一个版本中，USB端口存在某些问题，我还没有最近搜索了是否解决了这些问题。我还听到了一个谣言，即RPi的新2.0版本应该没有这些问题，但是我也没有检查这个谣言。

我认为没有任何外部（专用）硬件的结果是有限的，因为I / O端口数量以及整个OS都在上面运行的事实（这限制了实时选项）。除非您打算编写自己的操作系统？

为此目的，例如使用I2C芯片将没有足够的速度来完成真正出色的工作。 SPI已经提供了更多的带宽（从我的头顶到最高100Mhz），但是我会选择USB并根据需要压缩，或者在发送数据之前使用一些好的编码方案来获得更多的带宽。

所以我想有可能，但是需要添加到RPi的硬件​​要比RPi本身昂贵得多。

最后但并非最不重要的（在我停止对此做白日梦之前）主题）如果在互联网上进行搜索会导致某些小组已经忙于执行此操作，我不会感到惊讶。

#4 楼

答案是肯定的。

它足够强大！但仅适用于某些频率-正如已经指出的那样，由于其局限性。

SO！ ->您必须问自己要测量的内容吗？


因为您没有明确询问要测量的内容，所以答案很容易猜测。
所以让我向您介绍替代方案和建议。也许您可以提出一个更具体的问题，而不是Raspberry，而不是普通的振荡器主题！

振荡器的价格范围从简单的低频到5USD，然后其他人可以处理到50Ghz + -那和一所小房子一样贵！ 75,000USD-100,000USD！

我认为Raspberry足以测量低于千兆的频率，例如433MHz无线信号，低速CPU总线通信，TTS / UART，I2C调试-真的不多。而且较高的频率将不会真正准确，因为Raspberry在设计上无法运行实时OS。因此，您将需要从操作系统（或如上所述的外部实时设备开始，那又有什么意义呢？）

但是如果您真的想测量信号，那么您可以购买一个真正的价格合理的设备，与Raspberry规格相当。但是已经设计精良，功能齐全，设计上确实很成熟，并且证明了在业余爱好者环境中很方便。

这里不需要重新发明轮子。例如，单价低于100美元的DSO Nano。



200美元以下的DSO Nano四通道



然后，什么是Raspberry或类似设备无法做的呢？

又花了一笔不小的钱...




/>最高110Ghz，带有硬盘驱动器，可存储数据，极其精确的模拟和触发器。
可测量Buuetooth，WCDMA / EDGE / 3G / 4G，无线A / B / G / N 2.4Ghz / 5Ghz，SATA，AGP / PCI / PCI-Express，原始卫星信号，硬盘驱动器通道，以太网等。 。

#5 楼

您可以将我们的TiePie工程Handyscope HS5示波器/任意波形发生器之一连接到USB端口。可下载为Raspberry Pi编译以同时使用一个或多个示波器的库。仪器使用自己的定时和存储器，因此不会造成性能损失。所以是的，Pi足以用于示波器项目。



示波器的关键规格：2通道，14位，500 MS / s，250 MHz带宽，20 MS / s 14位连续无间隙流传输，每个通道32 MS内存，1 ppm时基精度。

1 µHz至30 MHz波形，240 MS / s，14位，64 MS内存，-12至12 V输出（24 Vpp），1 ppm时基精度。

#6 楼

最好的机会是尝试sigrok及其前端libsigrok是否可以在Pi上编译，然后购买一些兼容的示波器硬件。这样，您可以每秒捕获多达24兆样本的信号。有了足够的知识，您就可以以任何需要的方式自定义软件，包括无线传输到移动设备。

#7 楼

有人谈论西格罗克。我认为最接近的方法是将使用成熟的CY7C68013A与驱动程序EZ-USB FX2LP结合使用。在台式机上，它不能与Weezy一起使用，但在Jessy上，可以很好地工作。这是关于24 Msps的已知限制。
我在考虑使用摄像头界面的另一种方法。该接口可以管理2.1兆像素和每秒30帧，这意味着它可以以超过60兆“样本” /秒的速度将数据传输到GPU。声音比20MHz的SPI或USB有用。

#8 楼

如果您不介意局限于音频，我会使用便宜的MCP3202 12位双通道A / D转换器通过spidev在pi上进行采集，并使用pydatascope来显示通过TCP套接字通过以太网传递的数据。 Pydatascope还可以用作频谱分析仪！

我对pydatascope开源代码做了相对琐碎的更改，使其具有双通道，主要是因为这很容易，而且并不是我真正需要的。 br />如果您有任何疑问，请发布后续消息或直接邮寄给我，我们将很乐意为您提供帮助。