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Conteúdo desta página:

Introdução
Diagrama elétrico
Sinais conectados ao display TFT de 4” Touch Screen
O atenuador do sinal de entrada
Sinais relacionados ao Osciloscópio / Voltímetro / Freqüêncímetro
Sinais relacionados ao Ohmímetro / Capacímetro / Gerador de sinais PWM
Sinais relacionados ao Registrador XY e a entrada auxiliar
Interfaces Serial, USB e ST-Link
Placa de cirduito impresso
Lista de materiais
 

 

Introdução

O requisito básico na concepção do Izy-Scope foi a simplicidade de seu hardware, inteiramente projetado para explorar ao máximo as potencialidades do microcontrolador utilizado, o STM32F103C8T6, produzido pela ST Microelectronics, Inc., que possui baixo custo e abundante oferta, inclusive no mercado nacional.

De forma simplificada, o Izy-Scope pode ser resumido pelo seguinte diagrama de seus blocos funcionais:




Figura 1 – Diagrama dos blocos funcionais do Izy-Scope


Ou seja, o hardware do Izy-Scope é composto basicamente pelo microprocessador STM32F103C8T6, o Display touch screen de 4”, color, de 480 x 320 pontos e os atenuadores e divisores de tensão. A seguir, esse diagrama de blocos é devidamente detalhado, através de seu diagrama elétrico.

 

Diagrama elétrico


Clique para ampliar

Figura 2 – Diagrama elétrico do Izy-Scope (clicar na figura para ampliar). Importante: O resistor R11 não é montado se o módulo STM32F103C8T6 tiver R10=152 (1k5). Se R10=103 (10k) então o R11 é montado. O R10 do módulo STM32F103C8T6 encontra-se no lado inferior do módulo, entre os pinos A15 e B3

 

Sinais conectados ao display TFT de 4” Touch Screen

O display LCD TFT de 4” touch screen, 480 x 320, com controlador ST7796S e XPT2046 (código MRB3951), teve o resistor R2 retirado e o R1 fechado com um jumper (a configuração original é para 16 bits. O Izy-Scope usa 8 bits). A conexão do display ao microprocessador foram feitas conforme a tabela abaixo:

 

SINAL
DO DISPLAY
DESCRIÇÃO CONECTADO AO PINO
DO MICROPROCESSADOR
D0 / D8     Bit de dados D0 / D8 PB8
D1 / D9     Bit de dados D1 / D9 PB9
D2 / D10     Bit de dados D2 / D10 PB10
D3 / D11     Bit de dados D3 / D11 PB11
D4 / D12     Bit de dados D4 / D12 PB12
D5 / D13     Bit de dados D5 / D13 PB13
D6 / D14     Bit de dados D6 / D14 PB14
D7 / D15     Bit de dados D7 / D15 PB15
RD     Read (ativo low) PA0
WR     Write (ativo low) PA1
RS     Register select (high) ou Dados select (low) PA2
CS     Chip select (ativo low) PA3
RES     Reset (ativo low) Reset
TS-CS     Touch screen chip select (ativo low) PC14
SD-CS     SD card select (ativo low) PC15
MOSI     Dados SPI de saída PA7
MISO     Dados SPI de entrada PA6
CLK     Clock dos dados SPI PA5
PEN     Display foi tocado (ativo low) para interrupt PB5
BL     Back ligth do display (controlado por PWM) PA10*
VCC     +3.3v +3.3v
GND     Ground GND

Tabela 1 – Conexões do display TFT 4” touch screen, 480 x 320


(*) O back light do display está conectado ao pino PA10 (sinal RX da porta serial do microprocessador), através de um resistor limitador de corrente de 1K5 (R11). O controle de luminosidade é feito aplicando-se uma onda PWM neste pino PA10.

Os pinos do display que não foram mencionados ficam sem conexão.

Foi necessário a inclusão de uma sessão especial no módulo mcfriend_special.h da biblioteca MCUFRIEND_kbv, localizado em MCUFRIEND_kbv\utility\, conforme consta no arquivo Alteracoes_MCUFRIEND.txt.

 

O atenuar do sinal de entrada

Abaixo, o detalhe do atenuador de entrada e divisores de tensão utilizados pelo Izy-Scope:

Figura 3 – Bloco atenuador e bornes de acesso (clicar na figura para ampliar)

 

O circuito consiste basicamente do mux analógico 74HC4051 e um conjunto de resistores R1 a R10. A tabela a seguir descreve os possíveis estados do mux 74HC4051, em função dos seus sinais de controle.

 

Número
do canal
Enable
(PC13)
A2
(PB3)
A1
(PB4)
A0
(PB7)

Saída do Mux (aplicado à entrada principal)
pino 3 do 74HC4051, ligado a PA4, PA15, R9 e R10

0 0 0 0 0 R1 – 27KΩ ligado a terra
1 0 0 0 1 R2 – 3KΩ ligado a terra
2 0 0 1 0 R3 – 560KΩ ligado a terra
3 0 0 1 1 R4 – 5K6Ω ligado a terra
4 0 1 0 0 R5 – 56Ω ligado a terra
5 0 1 0 1 R6 – 560KΩ ligado ao Vcc
6 0 1 1 0 R7 – 5K6Ω ligado ao Vcc
7 0 1 1 1 R8 – 56Ω ligado ao Vcc
--- 1 --- --- --- Alta impedância (nada é aplicado à entrada principal)

Tabela 2 – Funcões do Mux 74HC4051


Aplicando-se os valores obtidos pelos diversos canais do mux, tem-se:

Mux desabilitado – Sem atenuação ou atenuação 1x
Canal 0 – Atenuação 0.5x, pois Vo=Vi*(R1/(R1+R9))
Canal 1 – Atenuação 0.1x, pois Vo=Vi*(R2/(R2+R9))

Os canais 2, 3 e 4 são utilizados pelo ohmímetro, para o cálculo do resistor em medição. O canal 4 também é usado pelo capacímetro para descarga do capacitor em medição. Os canais 5, 6 e 7 são utilizados pelo capacímetro, para carga do capacitor em medição.

 

Sinais relacionados ao Osciloscópio / Voltímetro / Freqüêncímetro

Conforme pode ser visto pelo diagrama parcial da figura 2, a entrada principal do osciloscópio ingressa no microcontrolador pelo pinos PA4, após passar pelo resistor R9. A este sinal é aplicado o atenuador apropriado (0.1x para fonte externa e 1x para fonte pwm ou entrada auxiliar). Esse mesmo sinal ingressa também no pino PA15, pelo qual a sua freqüência será medida. Por fim tem-se o resistor R10 alimentado pelo pino PA8, o qual se presta a adicionar um offset ao nível AC, quando o osciloscópio, o voltímetro ou o freqüêncímetro estiverem operando no modo AC.

 

Sinais relacionados ao Ohmímetro / Capacímetro / Gerador de sinais PWM

Para a medição de impedâncias, utiliza-se os canais 2, 3 e 4 do Mux 74HC4051, correspondentes aos resistores R3, R4 e R5, respectivamente, obtendo-se três medidas distintas, pela aplicação da seguinte fórmula:

Rx1 = [ ( 3.3 * R3 ) / Vin ] – R3
Rx2 = [ ( 3.3 * R4 ) / Vin ] – R4
Rx3 = [ ( 3.3 * R5 ) / Vin ] – R5

Em seguida é aplicado um algorítimo para escolha do melhor dos três resultados. Para a medição de capacitância, utiliza-se inicialmente o canal 4 do Mux 74HC4051 para a descarga do capacitor a ser medido. Em seguida utiliza-se os canais 5, 6 e 7 correspondentes aos resistores R6, R7 e R8, respectivamente, para carregar o capacitor a ser medido, contando-se o tempo de carga até que a tensão sobre ele atinja 0.623 * Vcc, obtendo-se três medidas distintas, pela aplicação da seguinte fórmula:

Cx1 = T / R6
Cx2 = T / R7
Cx3 = T / R8

Em seguida é aplicado um algorítimo para escolha do melhor dos três resultados.

A geração dos sinais PWM ocorrem pelo pino PB6 do microcontrolador. Ao mesmo tempo, os sinais gerados alimentam o pino PB1, pelo qual a freqüência do sinal PWM que está sendo gerado é medida.

 

Sinais relacionados ao Registrador XY e a entrada auxiliar

O sinal presente na entrada auxiliar do Izy-Scope é conectado diretamente no pino PB0 do microcontrolador, não sofrendo nenhum tipo de atenuação. Por esta razão, a tensão máxima admitida nessa entrada é de 3.3 Volts.

Esse sinal pode ser monitorado diretamente pelo osciloscópio bastando que a fonte AU (entrada auxiliar) seja selecionada.

Na subfunção registrador XY, a tensão presente nessa entrada auxiliar define a posição X do traçado, enquanto que a entrada principal define a posição Y. neste caso, nenhuma atenuação é aplicada também à entrada principal, devendo ambas as tensões, presentes na entrada auxiliar e na entrada principal estarem situadas entre 0 e 3.3 volts.

 

Interfaces Serial, USB e ST-Link

A interface serial do Izy-Scope se encontra disponível no conector JP4 da placa de circuito impresso, com os sinais Rx, Tx, Gnd e Vcc.

Já as interfaces USB e ST-Link se encontram no próprio módulo do microcontrolador STM32F103C8T6, conforme a figura 4 abaixo:
 

         

Figura 4 – Localização dos elementos no módulo STM32F103C8T6

 

Placa de cirduito impresso

A placa de circuito impresso do Izy-Scope foi desenvolvida com o software Eagle, Versão 7.5.0 Professional, em fibra 1.6mm, dupla face,com 10 x 10 cm de tamanho e com recortes especiais para a sua perfeita adaptação mecânica em seu gabinete. As figuras 5 e 6 a seguir mostram a placa de circuito impresso versão 1.4 do Izy-Scope, em tamanho real, lado dos componentes e lado da solda, respectivamente.

 



Figura 5 – Placa de circuito impresso do Izy-Scope, versão 1.4, lado dos componentes

 

 


 

Figura 6 – Placa de circuito impresso do Izy-Scope, versão 1.4, lado da solda

 

 

Lista de materiais
 

Item Valor

Descrição

IC1 ---- CI 74HC4051 dip 16
C1 100µF Capacitor eletrolítico radial
C2 0.1µF Capacitor disco cerâmico
JP3 ---- Pinhead fêmea 2x17
JP4 ---- Pinhead macho 90º 1x4
Power +5Vcc Conector P4 fêmea 90º solda placa
S1 off/on Chave H-H 90º solda placa
R1, R9 27KΩ Resistor 1/4W 5% (2 pcs)
R3, R6 560KΩ Resistor 1/4W 5% (2 pcs)
R4, R7 5K6 Resistor 1/4W 5% (2 pcs)
R5, R8 56Ω Resistor 1/4W 5% (2 pcs)
R2 3KΩ Resistor 1/4W 5%
R10 2K4 Resistor 1/4W 5%
R11 1K5 Resistor 1/4W 5%
---- ---- Display TFT 4" touchscreen 480 x 320
---- ---- Módulo blue pill, STM32F103C8T6, original STM
---- ---- Placa de circuito impresso 10x10cm

Tabela 3 – Lista de materiais do Izy-Scope


Demais itens integrantes do Izy-Scope:

• Gabinete em ABS ou PLA com tampa, fundo, tampinhas e suporte 45º
• Etiqueta frontal
• Etiqueta de marca e número de série (fundo do gabinete)
• Canetinha em matéria plástica para o touch screen
• 4 x Parafusos 2x12mm, rosca plástico, cabeça chata Phillips, para fechamento do gabinete
• Fonte de alimentação 5vcc, 500mA, bivolt
• Saco plástico para lacrar o Izy-Scope
• Pontas de prova
• Manual do usuário (resumido)
• Caixa de papelão e seu enchimento
• Cinta de acabamento final


As informações desta página constam do módulo manual_izy-scope_v50a.pdf, integrante da sessão de Downloads
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