Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Национальный исследовательский университет «МИЭТ» Информатика и вычислительная техника (09.03.01)
Индивидуальное домашнее задание по дисциплине «Интерфейсы вычислительных систем» на тему: Осциллограф для ПК
Выполнил: студент ИВТ-21 саня вялый.
Проверили: преподаватель стасян
г. Зеленоград 2023г.
Поставленная задача
Разработать осциллограф для персонального компьютера, согласно условиям по варианту.
Условия по варианту:
•интерфейс подключения к ПК: USB2.0 HS
•количество аналоговых каналов: 2
•частота дискретизации: 2 МГц
•максимальная амплитуда входного сигнала: 12В
•Питание от используемого интерфейса подключения к ПК
2
Этапы решения поставленной задачи
Этап 1. Разработать структурную схему устройства
Этап 2. Выбрать элементную базу с обоснованием и приведением расчета вторичного источника питания (ВИП)
Этап 3. Разработать схему электрическую принципиальную (Э3)
3
Этап 1. Разработка структурной схемы
4
Этап 2. Выбор элементной базы, расчет ВИП
Критерии выбора элементной базы
1.Компонент должен производиться
2.Применение линейных ВИП запрещено
3.Компоненты согласуются с габаритными размерами устройства
4.Выбор номиналов компонентов согласно ряду Е96
Выбранные компоненты: Разъемы:
•SWD: MINTRON-MTP125-1105S1
•USB: MOLEX 47346-0001
•BNC: 5227161-7 Микроконтроллер: STM32H7B0 ВИП: APW7142
5
Этап 2. Выбор элементной базы, расчет ВИП
Расчет ВИП
Катушка индуктивности
L = 2.2 мкГн
Резисторы и
Производитель рекомендует от 1 до 20 кОм. 15 кОм
кОм |
5 В |
|
2 |
= 470 мкФ |
|
C3 |
6 |
|
5 |
||
|
|
470 мк |
|
|
GND |
R4 |
3 |
|
|
|
|
|
|
8.25 к |
GND |
|
|
C5 |
|
|
|
680 |
|
|
|
GND |
|
D2 |
|
|
|
L1 |
VIN DC/DC |
LX |
8 |
|
|
|
2.2 мкГн |
|||
|
|
|||
|
|
7 |
|
|
EN |
LX |
|
|
|
|
|
|
||
COMP |
PGND |
1 |
|
|
|
|
R3 |
||
AGND |
FB |
4 |
GND |
|
|
|
|
||
APW7142 |
|
|
|
47 к |
|
|
|
R5 |
|
|
|
|
15 к |
|
|
|
|
GND |
|
3.3 В |
VDD |
|
C4
22 мк
GND
6
Этап 3. Разработка схемы Э3
Устройство управления
+3.3 В
R10 |
|
5 к |
OSC_IN |
|
|
|
OSC_OUT |
NRST
VDD |
|
GND |
|
|
|
||
C8 |
C9 |
|
|
1 мк |
0.1 мк |
|
|
GND |
GND |
VCAP_1 |
|
|
|||
VDD |
|
GND |
|
C12 |
C13 |
||
|
|||
4.7 мк |
0.1 мк |
|
|
GND |
GND |
CH2 |
|
CH1 |
|||
|
|
||
VDD |
|
|
|
|
C18 |
C19 |
|
|
4.7 мк |
0.1 мк |
|
|
|
GND |
|
|
GND |
GND |
1 |
D4 |
|
49 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VCAP_1 |
|
|
|
|
|
|
C14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
VBAT |
PA14 |
|
|
SWDCLK |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
2 |
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 мк |
|||||||||||||||
|
PC13 |
PA15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PC14-OSC32_IN |
PC10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GND |
||||||
4 |
52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
PC15-OSC32_OUT |
PC11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
53 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PH0-OSC_IN |
PC12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
6 |
54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VCAP_2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
PH1-OSC_OUT |
PD2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
7 |
55 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
NRST |
PB3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C17 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
8 |
56 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
PC0 |
PB4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 мк |
||
9 |
57 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
PC1 |
PB5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10 |
58 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GND |
||||||||
PC2 |
PB6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
11 |
59 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PC3 |
PB7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
12 |
60 |
|
|
|
|
|
BOOT0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
VSSA |
BOOT0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
13 |
61 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
VDDA |
PB8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
14 |
62 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R11 |
||
PA0 |
PB9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
15 |
63 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
PA1 |
VSS_4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
64 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 к |
||
PA2 |
VDD_4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
32 |
|
|
|
GND |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
VDD_2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VDD |
|
|
|
|
||||||||||||||||
31 |
|
48 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
VSS_2 |
VDD_3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
30 |
VCAP_1 |
VSS_3 |
47 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C10 |
|
|
|
|
|
|
|
C11 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
29 |
46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 мк |
|
|
|
|
|
|
|
4.7 мк |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
PB10 |
VCAP_2 |
VCAP_2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
28 |
45 |
GND |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
PB2 |
PA13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
PB1 |
PB12 |
33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GND |
|
GND |
|
|
GND |
|||||||||||||||||||
26 |
34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PB0 |
PB13 |
|
|
|
|
SWDIO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
25 |
42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
PC5 |
PA10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VDD |
|
|
|
|
|
|
|
||
24 |
41 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
PC4 |
PA9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
23 |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C15 |
|
|
|
|
|
|
C16 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
PA7 |
PA8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
22 |
39 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.1 мк |
|
|
|
|
4.7 мк |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
PA6 |
PC9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
21 |
38 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PA5 |
PC7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
20 |
37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GND |
|
|
|
|
|
|
GND |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
PA4 |
PC6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
19 |
36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
VDD_1 |
PB15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
18 |
35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
VSS_1 |
PB14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
17 |
43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
PA3 |
PA11 |
|
USB_D_N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
44 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
PA12 |
|
|
USB_D_P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
STM32H7B0RBT6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Этап 3. Разработка схемы Э3
Схема тактирования
OSC_IN |
1 |
X1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
C21 |
24MHz |
|
10 |
|
3 |
OSC_OUT |
|
4
C20
10
GND
8
Этап 3. Разработка схемы Э3
Схема питания и передачи данных
+3.3 В
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D2 |
|
|
|
L1 |
|
|
XS4 |
|
|
|
|
VCC5 |
5 В |
|
2 |
VIN |
DC/DC |
LX |
8 |
|
3.3 В |
VDD |
|
Цепь |
Конт. |
|
|
R12 |
|
|
2.2 мкГн |
|||||||||
|
|
|
|
6 |
7 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VCC |
1 |
+5 В |
VCC5 |
1.5 к |
|
|
C3 |
5 |
EN |
|
LX |
1 |
|
|
C4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
470 мк |
COMP |
|
PGND |
|
|
22 мк |
|
||
D+ |
2 |
|
|
USB_D_P |
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
|
|
||
|
|
|
GND |
R4 |
3 |
AGND |
|
FB |
4 |
GND |
GND |
|
||||
D- |
3 |
|
|
USB_D_N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
8.2 к |
GND |
|
APW7142 |
|
|
|
47 к |
|
|
|||
ID |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R5 |
|
|
|
||
SHELL |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C5 |
|
|
|
|
|
15 к |
|
|
|
||
miniUSB MOLEX47346-0001 |
|
|
|
|
680 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
GND |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
GND |
|
|
|
|
|
|
|
|
GND |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
9
Этап 3. Разработка схемы Э3
Схема обработки входного сигнала |
+3.3 В |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
C1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 мк |
|
D1 |
|
|
|
|
|
|
GND |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
5 |
|
|
|
4 |
|
XS1 |
|
|
R1 |
|
|
V+ |
-IN |
||
|
|
|
3 |
|
|
||||
Цепь |
Конт. |
|
|
|
|
+IN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
CH |
|
787 к |
|
2 |
|
V- |
OUT |
1 |
|
|
R2 |
|
|
|
||||
|
GND |
|
GND |
|
|
|
|
||
|
|
301 к |
|
AD8628 |
|
|
|||
BNC 5227161-7 |
GND |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
+3.3 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
GND |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 мк |
|
|
D3 |
|
|
XS3 |
|
|
GND |
|
|
|
|
||
|
|
|
5 |
|
|
4 |
|||
Цепь |
Конт. |
|
R6 |
|
|
V+ |
-IN |
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|||
|
CH |
|
|
|
|
+IN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
GND |
|
787 к |
|
|
2 |
V- |
OUT |
1 |
|
|
|
R7 |
|
|
|
|||
BNC 5227161-7 |
GND |
|
GND |
AD8628 |
|
|
|||
|
|
|
|
301 к |
|
|
|
|
|
GND
|
|
+3.3 В |
|
|
|
2 |
|
C2 |
6 |
VD1.1 |
CH1 |
470 |
|
|
|
|
|
|
1
|
|
5 |
|
C7 |
3 |
VD1.2 |
CH2 |
470 |
|
|
|
|
|
|
4
10
GND