Wie benutzt man stm32 als Logikanalysator?

Sie können einen STM32-Mikrocontroller in einen einfachen Logikanalysator verwandeln, um digitale Signale zu erfassen und zu analysieren. Hier ist die Vorgehensweise:

Hardware-Anforderungen

• STM32-Board (F3/F4/H7-Serie für bessere Leistung empfohlen)

• Eingangsschutzschaltung (optional, aber empfohlen - Dioden, Widerstände)

• Host-Computer für die Datenanalyse

Software-Ansätze

1. Verwendung serieller Kommunikation (Basis)

Methode:

• GPIO-Pins als Eingänge konfigurieren

• Eingänge in festen Intervallen abtasten

• Daten via UART/USB an PC senden

Beispielcode:

#define SAMPLE_PIN PA0
#define SAMPLE_RATE 100000 // 100 kHz

void setup() {
  pinMode(SAMPLE_PIN, INPUT);
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  static uint32_t lastTime = 0;
  if (micros() - lastTime >= (1000000/SAMPLE_RATE)) {
    lastTime = micros();
    Serial.println(digitalRead(SAMPLE_PIN));
  }
}

2. Verwendung von Timer-Interrupts (bessere Leistung)

volatile uint8_t samples[1000];
volatile uint16_t sampleIndex = 0;

void setup() {
  pinMode(PA0, INPUT);
  TIM_TypeDef *Instance = TIM2;
  HardwareTimer *MyTim = new HardwareTimer(Instance);
  MyTim->setOverflow(100000, HERTZ_FORMAT); // 100 kHz Abtastrate
  MyTim->attachInterrupt(sampleISR);
  MyTim->resume();
}

void sampleISR() {
  if(sampleIndex < 1000) {
    samples[sampleIndex++] = digitalRead(PA0);
  }
}

void loop() {
  if(sampleIndex >= 1000) {
    for(int i=0; i<1000; i++) {
      Serial.println(samples[i]);
    }
    sampleIndex = 0;
  }
}

3. Verwendung von DMA (beste Leistung)

Für STM32H7/F7/F4 mit DMA:

• Timer konfigurieren, um DMA-Transfers auszulösen

• DMA schreibt direkt in Speicherpuffer

• Ermöglicht 10-50 MHz Abtastrate auf mehreren Kanälen

Visualisierungsmöglichkeiten auf PC-Seite

1. Sigrok/PulseView:

   • "Serial" oder "UART" Eingangsoption verwenden

   • Baudrate und Datenformat konfigurieren

2. Benutzerdefiniertes Python-Skript:

import serial
import matplotlib.pyplot as plt

ser = serial.Serial('COM3', 115200)
data = []
for _ in range(1000):
    data.append(int(ser.readline().decode().strip()))
    
plt.plot(data)
plt.show()

3. Arduino Serial Plotter:

• Einfach, aber auf langsamere Abtastraten beschränkt

Fortgeschrittene Techniken

1. Mehrere Kanäle:

   • GPIO-Port-Eingangsregister verwenden, um bis zu 16 Pins gleichzeitig auszulesen

   • Beispiel: uint16_t port_data = GPIOA->IDR;

2. Triggerbedingungen:

   • Hardware-/Komparator-basierte Trigger implementieren

   • Pre-Trigger- und Post-Trigger-Daten erfassen

3. Zeitgenauigkeit:

   • Hardware-Timer für präzise Abtastintervalle verwenden

   • Timer-Peripherie des STM32 kann DMA-Transfers auslösen

Einschränkungen

1. Geschwindigkeitsgrenzen:

   • Einfache Methoden: ~100 kHz

   • DMA-Methoden: Bis zu ~50 MHz (abhängig vom STM32-Modell)

2. Speicherbeschränkungen:

   • Begrenzt durch verfügbaren RAM für Sample-Puffer

   • STM32F103: ~20KB maximaler Puffer

   • STM32H743: Bis zu 1MB möglich

3. Spannungspegel:

   • STM32 arbeitet nur mit 3,3V (für 5V-Signale Pegelwandlung erforderlich)