用示波器“看” ARDUINO (1) 科技頭條網

實驗設備是一塊 Arduino Uno 16M （是那種沒有品牌的兼容版）,示波器是 Teledyne Lecory Wave Runner 606Zi 600Mhz 20GS/s。

第一個實驗：只使用DigitalWrite 能製造出來的最大頻率是多少？

首先試試最通用的 digitalWrite 的方法不斷在高低之間反轉

<code>const int PinA =  13;      

void setup() {
  pinMode(PinA, OUTPUT);
  digitalWrite(PinA,LOW);
}

void loop() {
  digitalWrite(PinA,HIGH);
  digitalWrite(PinA,LOW);
  digitalWrite(PinA,HIGH);
  digitalWrite(PinA,LOW);
  digitalWrite(PinA,HIGH);  
  digitalWrite(PinA,LOW);  
  delay(500);
}
/<code>

使用示波器抓圖如下（下面的所有介紹都是具體解說在上，抓取波形在下）：我們設置的Delay 是500ms, 然後示波器的水平方向每一格也是500ms，垂直方向是電壓，當前選擇每格2V，因此看起來差不多是5v左右，符合預期。

我選擇了了Stop功能，放大波形進行查看。可以看到，最上面波形中黃色豎線實際上是一組波形，就是對應我們的拉高拉低。

示波器有測量功能，直接調用該功能進行測試：可以看到幅度是4.946V，示波器還標記出來具體的測試方法，這在測量一些不是那麼“規整”的波形時非常有用。

再用示波器自動測量一下頻率：是100kHz。

可以在菜單中選擇測試的具體方法（比如，測試頻率通用的方法是波形上升沿50%的位置）

再測量週期（其實給出來了頻率，週期是可以直接換算出來的）

結論：如果我們用 DigitalWrite拼命上下拉，最高是可以輸出100Khz頻率的。

之後，我們再試試使用PortB賦值直接拉出來的頻率是多少？關於 PortB 指令可以在【參考1】看到。

<code>const int PinA =  13;      
void setup() {
  pinMode(PinA, OUTPUT);
  digitalWrite(PinA,LOW); 

}

void loop() {
  PORTB = B100000; //digitalWrite(PinA,HIGH); 
  PORTB = B000000; //digitalWrite(PinA,LOW);  
  PORTB = B100000; //digitalWrite(PinA,HIGH);
  PORTB = B000000; //digitalWrite(PinA,LOW);
  PORTB = B100000; //digitalWrite(PinA,HIGH);  
  PORTB = B000000;  //digitalWrite(PinA,LOW);  
  
  delay(500);
}
/<code>

看起來下面波形感覺畸變比較嚴重（這裡：解釋一下，前面圖看起來平滑的原因是採樣時間導致的。比如，我的示波器單位時間可以採樣500個點，如果我採樣1s，放大之後，在1ms範圍內只有5個點。如果我直接採樣1ms，那麼會有500個點來描繪波形，看起來自然“平滑”得多）

測試幅度，會達到5.248v

同樣，使用自帶功能測試頻率：驚人的 7.99590Mhz

因為一個週期裡面實際上是有兩條指令的（拉上拉下），已經非常接近主芯片的16Mhz了。

根據上面的結果引申的問題：如何同時拉高兩個Port？

首先我們嘗試一下 DigitalWrite的方法

<code>const int PinA =  13;      
const int PinB =  8;   
void setup() {
  pinMode(PinA, OUTPUT);
  digitalWrite(PinA,LOW); 

  
  pinMode(PinB, OUTPUT);
  digitalWrite(PinB,LOW);  
}

void loop() {
  digitalWrite(PinA,HIGH);
  digitalWrite(PinB,HIGH);
  digitalWrite(PinA,LOW);
  digitalWrite(PinB,LOW);
  
  delay(500);
}
/<code>

下圖可以看到，注意我設置兩個信號起始電壓不同，為了觀測方便，所以會一個上一個下

放大之後查看

為了方便觀看，我設置他們電壓起點相同，可以看出他們差不多有1個水平格子的差別（5us）。對於這個差異可以在【參考2】初步瞭解一下。

再嘗試PortB 直接賦值的方法

<code>const int PinA =  13;      
const int PinB =  8;   
void setup() {
  pinMode(PinA, OUTPUT);
  digitalWrite(PinA,LOW);
  
  pinMode(PinB, OUTPUT);
  digitalWrite(PinB,LOW);  
}

void loop() {
  
  PORTB = B100001; //digitalWrite(PinA,HIGH); digitalWrite(PinB,HIGH);  
  PORTB = B000000; //digitalWrite(PinA,LOW); digitalWrite(PinB,LOW); 

  delay(500);
}
/<code>

結果上可以看作是同時發出的

再放大查看，糾纏在一起，，波形上的細微差別可能是外圍電路導致的。

補記：為了比對，額外實驗 DFrobot 的 RomeoBLEV1.0 的板子為了看得清楚，修改程序如下，去掉了 delay

<code>const int PinA =  13;      
void setup() {
  pinMode(PinA, OUTPUT);
  digitalWrite(PinA,LOW);
}

void loop() {
  PORTB = B100000; //digitalWrite(PinA,HIGH);  

  PORTB = B000000; //digitalWrite(PinA,LOW);  
  PORTB = B100000; //digitalWrite(PinA,HIGH);
  PORTB = B000000; //digitalWrite(PinA,LOW);
  PORTB = B100000; //digitalWrite(PinA,HIGH);  
  PORTB = B000000;  //digitalWrite(PinA,LOW);  
}
/<code>

先看大範圍的，每組3次上升，每組之間的間隔是void loop() { } 中的代碼導致的

振幅上和之前的板子差不多 5.13v左右，實際多測試幾次也會出現 5.2v。看起來由品牌的板子和無品牌的板子在這方便沒有差別。

參考：

1.關於Port x的說明https://www.arduino.cc/en/Reference/PortManipulation

PORTD maps to Arduino digital pins 0 to 7

DDRD - The Port D Data Direction Register - read/writePORTD - The Port D Data Register - read/writePIND - The Port D Input Pins Register - read onlyPORTB maps to Arduino digital pins 8 to 13 The two high bits (6 & 7) map to the crystal pins and are not usable

DDRB - The Port B Data Direction Register - read/writePORTB - The Port B Data Register - read/writePINB - The Port B Input Pins Register - read onlyPORTC maps to Arduino analog pins 0 to 5. Pins 6 & 7 are only accessible on the Arduino Mini

DDRC - The Port C Data Direction Register - read/writePORTC - The Port C Data Register - read/writePINC - The Port C Input Pins Register - read only

同樣，這篇文章中提到了如何同時拉Pin 的方法

Sometimes you might need to set multiple output pins at exactly the same time. Calling digitalWrite(10,HIGH); followed by digitalWrite(11,HIGH); will cause pin 10 to go HIGH several microseconds before pin 11, which may confuse certain time-sensitive external digital circuits you have hooked up. Alternatively, you could set both pins high at exactly the same moment in time using PORTB |= B1100;

2. Arduino 代碼機制 http://blog.csdn.net/pinbodexiaozhu/article/details/42641273

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關鍵字: 伴隨成長的中國味品牌示波器 UNO