【ADI M2K开发板试用连载】非正弦周期信号的分析与合成实验

项目名称：非正弦周期信号的分析与合成实验

试用计划：电路电工实验中有“非正弦周期信号的分解与合成”实验，目前全国高校没有几家能开出实物实验，大多为仿真实验，其原因就是需要的信号源和分析仪器比较多，指标参数也比较高，这些指标对于科研设备可能不高，但对于面向众多学生的基础课一般难以达到，所以姑且以仿真来代替。本项目期冀利用M2K便携式仪器和其附加配件完成硬件的“非正弦周期信号的分析与合成”实验。
主要内容：1、利用任意信号发生器产生非正弦周期信号，如三次谐波和五次谐波的合成波等。2、利用数字示波器分析任意波形的频谱特性。3、使学生了解M2K的功能和指标，以便应用于以后的创新实践中。

预期指标：基于100M的采集和刷新频率，产生和观测模拟10M的信号没有问题，再配合配套的SCOPY软件，预期指标为：1、完成硬件的非正弦周期信号的分解与合成实验。2、编写实验指导书。3、逐步代替仿真的实验。

连载一：
收到板卡了，类似手机大小，一端通过microu***接计算机，另一个microu***接口为供电接口（说明能USB OTG啊），还有两个LED反映工作状态吧。另一端通过IDC30引出杜邦线插孔与外界接口，计算机上运行SCOPY软件就能用作数字电源、信号源、多种测量仪表啦，实验台三大件全了。跑了一下软件，人机接口GUI感觉一般啊，一是不能自动适配显示器，现在都多端适配的时代了。二是界面的各种控件配色简单，有点像20年前老DOS下的应用程序啊，实话实说不喜勿喷。简单的性能指标如下：一是两个通用模拟差分输入最大25 V、输入特性为1 MΩ||30 pF、采样为12位100 MSPS ADC，模拟带宽25 MHz。二是两路DAC刷新频率是150MHZ。三是两个可变电源0 V至正负5 V负载为50 mA（受USB接口的限制有点小啊，可以外扩电源）
。四是两个数字触发器可选3.3 V或1.8 V电平兼容5 V采样频率是100 MSPS。总体上
基本具有20M的模拟通道，可以作为大学生电子设计竞赛中非通信类题目的配套仪表来使用。

    M2K=ADALM2000=ADI active learning module 2K,最好能翻译成ADI自主学习模块，比主动学习模块更常用一些。配合ADI的ADALP2000模块使用可以完成20Mhz之内的电路实验、模拟电子实验、数字电子实验、传感器实验等课程，要实验高频电子和通信原理等课程，最好选择ADI的ADALM-PLUTO模块。M2K区别于NI的ELVIS和DIGITAL的AD2等类似产品，最大的优势是软硬件开源，可以利用其软硬件基础平台开发创新其他的应用，因此了解M2K的软硬件平台是个重要的开始。


连载二：

两个通用模拟输入：差分、范围±25 V、输入特性1 MΩ||30 pF、采样时12位100 MSPS ADC，模拟带宽25 MHz

两个可变电源：0 V至5 V，-5 V至0 V，负载为50 mA（受USB接口的限制有点小啊，可以外扩电源）

两个数字触发器：3.3 V或1.8 V电平选择兼容5 V，100 MSPS

基本具有20M的模拟通道，可以作为大学生电子设计竞赛中非通信类题目的配套仪表来使用。

安装完驱动后如上所示，有个USB模拟的网卡、USB串口是115200-8-n-1的用root@analog登录后为linux的控制台，还有个U盘里面有配置等资源。iiO全称是Industrial I/O subsystem（工业 I/O 子系统）填补某些LINUX的设备空缺。另外支持USB OTG啊，貌似能插入WIFI或U盘当做主机使用。

    还提供用于构建电路的部件套件ADALP2000。
https://www.analog.com/cn/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADALP2000.html
https://wiki.analog.com/university/tools/adalp2000/parts-index

要做高频实验或通信实验需要ADI的ADALM-PLUTO，在
https://www.analog.com/cn/design ... ts/ADALM-PLUTO.html

今天用了一下SCOPY软件，怎么像老DOS应用程序啊，现在都WEB2.0啦，这种人机接口真不舒服，不能自动适配不同的终端啊，debug下运行JS程序好像也没跑通，再看看吧。

安装完驱动后有多个设备可以使用如上所示。
有个USB模拟的网卡、USB串口是115200-8-n-1的用root@analog登录后为linux的控制台，还有个U盘里面有配置等资源。iiO全称是Industrial I/O subsystem（工业 I/O 子系统）填补某些LINUX的设备空缺。另外支持USB OTG啊，貌似能插入WIFI或U盘当做主机使用。
    还提供用于构建电路的部件套件ADALP2000。
要做高频实验或通信实验需要ADI的ADALM-PLUTO，在

https://wiki.analog.com/_media/university/tools/adalm2000/hacking/adalm2000_schematic_revc.pdf

控制器件是XILINX的zynq FPGA，里面有ARM核核传统FPGA，在ARM核上跑了LINUX操作系统，就类似计算机了。多年前不看好这种做法啊，FPGA的优势是并行和高速，嵌入ARM核跑OS何如外接MPU啊。跑了LINUX就有许多系统特性了，如可以有主控USB就是USB otg。用外接电源时能支持USB设备，如USB WIFI, HID. U盘等，需要用正确的连线。Config.txt中有 ESSID and WPA-PSK配置USB WIFI。竟然支持javascript了，参见https://wiki.analog.com/university/tools/m2k/scopy/scripting-guide。非常希望能用JS很好地测控M2K模块，正所谓“学好JS走遍天下也不怕”，但资料很少啊，有时间好好看看。

连载三：
今天有点收获。SCOPY界面不好，近期alice更新了不少。其入口参见https://wiki.analog.com/university/tools/m2k/alice/users-guide-m2k

使用说明参见
https://wiki.analog.com/university/tools/m1k/alice/desk-top-advanced-guide

可以下载源代码，在PYTHON中编译运行。

如何开发M2K的上位机应用程序？参考ALICE可以利用PYTHON进行二次开发。ALICE源代码中alice_init.ini 是初始化文件，alice-desktop-2.0.pyw是主文件，调用的IIO.PY实现了与硬件接口LIBIIO.DLL的接口。
Libiio.dll的说明参见https://wiki.analog.com/software/linux/docs/iio/iio
http://analogdevicesinc.github.io/libiio/

安装anaconda后打开其中的spyder工具，打开alice-desktop-2.0.pyw运行。用的主要接口函数有
buf = iio.Buffer(m2k_adc, 1000, False)实现ADC数据读入
Buff0 = iio.Buffer(m2k_dac_a, 4096, True) 实现DAC数据输出
DigBuff0 = iio.Buffer(Dig_Out, int(MaxPatLength), True)实现数字量输出

上述函数在IIO.PY中调用了DLL中的下面函数
_c_read_attr(self._channel, self._name_ascii, buf, len(buf))
_c_is_output(self._channel)
_c_is_scan_element(self._channel)
_c_enable/disable(self._channel)
_c_read_raw(self._channel, buf._buffer, c_array, len(array))
_c_read(self._channel, buf._buffer, c_array, len(array))
_c_write_raw(self._channel, buf._buffer, c_array, len(array))
_c_write(self._channel, buf._buffer, c_array, len(array))

界面GUI接口采用的TKINTER，简单快捷。

分三大部分：一是基于Vivado设计生成BIT文件和第一阶段启动所需的FSBL文件，二是基于Petalinux进行Linux系统移植肯IP核驱动程序设计生成U-Boot、Linux内核、设备树以及文件系统，三是基于Xilinx SDK工具将FSBL、BIT和U-Boot制作启动文件Boot.Bin，开发应用程序，最后将Boot.Bin、uImage、设备树和文件系统拷贝至SD中。

PL中的工作如上所示。

AXI_AD9963 IP用于产生100M时钟给ADC，产生75M时钟给DAC后倍频为150M。

AXI_ADC_TRIGGER用于缓冲同步模拟前端和FPGA的时钟关系。
UTIL_VAR_FIFO用于缓存触发和显示前的信号，可以理解为缓存深度。
AXI_ADC_TRIGGER用于产生双通道ADC的触发信号。
AXI_ADC_DECIMATE用于模拟端放大倍数的调整。
AXI_DAC_INTERPOLATE用于DAC通道的放大倍数的调整
AXI_LOGIC_ANALYZER用于逻辑分析仪和模式发生器，为数字逻辑部分。

回归到仪器的使用上。

Scopy有多重仪器，可以双击启动，也可以拖曳到显示区启动，右侧的小白框能开关仪器。有示波器、频谱分析仪、网络分析仪、信号发生器、逻辑分析仪、模式发生器、数字IO、电压表、数控电源。

示波器：右侧能开关控制面板，包括通道设置、光标测量、测量、触发设置功能，全屏显示后下面有功能设置选择。一个时刻只能设置一个通道，通道设置包括时间基准、水平位置、增益、垂直位置、通道亮度、描点方法、存贮深度、探头衰减、软件交流滤波开关共九个参数。控制面板的左面是增强功能，包括FFT运算、XY显示、直方图等。示波器能把通道数据存贮为CSV格式。通道右侧的+号能增加运算通道和参考通道。

把信号发生器的两个输出接到示波器的两个输入上，体会一下交流滤波功能。

https://v.youku.com/v_show/id_XNDU1MzcyNjAyNA==.html

触发功能是学生使用示波器的难点和重点。模拟示波器的触发信号控制锯齿波发生器开始工作进行扫描，数字示波器的触发就是开始采集显示。触发设置包括触发方式（自动、常规）、触发条件（上升沿、下降沿、低频、高频）、触发电平、延迟触发是为了避开干扰信号的误触发。