OpenGL和pcDuino搭建数字示波器

CoCoDeng

一：前言
看到很多人用Arduino、AVR做示波器，感觉很好玩，于是有人问pcDuino能不能做到呢？现在我们就用pcDuino来搭建示波器。

二：硬件清单
1.pcDuino一块；
2.杜邦线若干。

三：软件环境

1、pcDuino板载ubuntu
2、GCC 4.6
3、QT 4.8.5：http://qt-project.org/downloads
4、OpenGL：qt library自带
5、Arduino SDK（c_enviroment）：https://github.com/pcduino/c_enviroment

照例先来捋一下思路，由于手头没有LCD模块，只能用显示器来充当示波器的屏幕了（27寸的示波器）。因为涉及到绘图，这里我使用OpenGL作为绘图工具。
实现原理很简单，通过pcDuino的analogRead函数读取信号源的电压变化，再用OpenGL构建一个坐标系，X轴代表时间，Y轴代表电压，持续绘制电压随时间的变化曲线，就得到我们需要的波形图像了。
QT和OpenGL的环境搭建请参照这个帖子，这里不再赘述：http://www.pcduino.org /forum.php?mod=viewthread&tid=21&highlight=%E5%9C%A8pcduino%E5%AE%89%E8%A3%85Qt
下面来看关键的GLWidget类代码：

#include “OpenGLwidget.h”
#include <QTimer>
#include <QKeyEvent>
#include <math.h>
#include <iostream>
#include <GL/glu.h>
#include <Arduino.h>
#include <Serial.h>
#include <wiring_private.h>

//出于性能考虑宏定义一些必要的常量计算
//step定义opengl的x轴步长，即把x轴的-1到1均分成窗口的宽度（像素）
#define STEP 2/800.0
//units定义了窗口的x轴有800个点
#define UNITS 800
//pcduino的12bits ADC范围是0~4095，正负各4095
#define ANALOGVALUE 4095*2

//定义opengl的顶点二维数组，800个点，每个点由两个float组成
GLfloat ver[UNITS][2];
//定义了x轴的起步值，-1.0即屏幕的最左边
GLfloat xstep = -1.0;

//openglwidget的构造器，设置了窗口大小、窗口标题和更新opengl画布的signal
OpenGLWidget::OpenGLWidget( QWidget* parent)
: QGLWidget(parent){
setGeometry( 0, 30, 800, 600 );
setWindowTitle(“Joker’s OpenGL Framework”);
t = new QTimer(this);
connect(t, SIGNAL(timeout()), this, SLOT(updateGL()));
t->start(0);
}

OpenGLWidget::~OpenGLWidget(){

}

//opengl的初始化函数
void OpenGLWidget::initializeGL(){
glShadeModel( GL_SMOOTH );
//设置颜色清空颜色，参数依次为RGBA，这里是一个我觉得比较帅气的灰色：）
glClearColor( 0.3, 0.3, 0.3, 1.0 );
glClearDepth( 1.0 );
//开启深度测试
glEnable( GL_DEPTH_TEST );
glDepthFunc( GL_LEQUAL );
glHint( GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST );
//开启opengl的反锯齿
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
glEnable(GL_BLEND);
glEnable(GL_POINT_SMOOTH);
glHint(GL_POINT_SMOOTH_HINT, GL_NICEST);
glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
glHint(GL_LINE_SMOOTH_HINT, GL_NICEST);
glEnable(GL_POLYGON_SMOOTH);
glHint(GL_POLYGON_SMOOTH_HINT, GL_NICEST);

}

//opengl的绘制函数，调用一次绘制一帧画面
void OpenGLWidget::paintGL(){
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glLoadIdentity();
//清空颜色缓冲区
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//定义视点、原点和视角俯仰，由于这个例子只是2d绘图，可以忽略
gluLookAt (0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
//绘制两条直线代表x和y坐标轴
glBegin(GL_LINES);
glColor3f(0.5,0.5,0.5);
//这两个点可以画x轴
glVertex2f(-1.0f, 0.0f);
glVertex2f(1.0f, 0.0f);
//这两个点可以画y轴
glVertex2f(0.0f, -1.0f);
glVertex2f(0.0f, 1.0f);
glEnd();
//绘制波形，用opengl的一个line strip定义，line strip其实就是一组点连成的线
glBegin(GL_LINE_STRIP);
//定义line strip的颜色，这里也是我认为比较帅气的绿色，哈哈
glColor3f(0.0,1.0,0.0);
//这个循环会通过analogRead取得电压数值，并把这个电压值转换成波形的y值，写入顶点数组
for(int i=0;i<UNITS;i++){
*(ver) = xstep+=STEP;
*(ver+1) = analogRead(5)/ANALOGVALUE;
glVertex2fv(ver);
}
//std::cout<<analogRead(5)/4095.0*2<<std::endl;
glEnd();
//把顶点数据压入opengl的渲染管道，开始绘图
glFlush();
}
//窗口大小变化的回调函数
void OpenGLWidget::resizeGL( int width, int height ){
//std::cout<<width<<”*”<<height<<std::endl;
if ( height == 0 )
{
height = 1;
}
glViewport(0,0,(GLint)width,(GLint)height );
glMatrixMode( GL_PROJECTION );
glLoadIdentity();
//gluPerspective( 45.0, (GLfloat)width/(GLfloat)height, 0.1, 100.0 );
glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
glLoadIdentity();
}
//键盘按键的回调函数，按esc退出
void OpenGLWidget::keyPressEvent(QKeyEvent *e){
switch ( e->key() ){
case Qt::Key_Escape:
close();
}
}

编译运行，由于手头没有信号发生器，我就拿pcduino的PWM信号简单测试一下：

PWM输出的200Hz的方波，似乎很工整


我们加快频率到800，缩短占空比



实测只能支持2kHz左右的带宽，
看腻了方波工整的信号，我索性输入一个音频信号：

a6641

赞！！！