OpenGL和pcDuino搭建数字示波器

看到大神们用Arduino、AVR做示波器，感觉很好玩，手头的pcDuino能不能做呢？一不做二不休，现在我们就自己用pcDuino做一个。

硬件清单：

pcDuino一块

杜邦线若干

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，哇咔咔~）。因为涉及到绘图，这里我使用OpenGL作为绘图工具，虽然有点炮打蚊子的感觉，但是。。。还有什么比OpenGL更好的跨平台图形库呢？同时逼格也得到提升，何了乐而不为。嘿嘿~

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.oschina.net/question/1174645_121352

下面来看关键的GLWidget类代码，完整的QT项目源码稍后奉上，或通过邮件和微信与我联系索取：）。 

#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[i]) = xstep+=STEP;
         *(ver[i]+1) = analogRead(5)/ANALOGVALUE;
         glVertex2fv(ver[i]);
     }
     //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

 

实测我的写法只能支持2kHz左右的带宽，求大神优化：）

看腻了方波工整的信号，我索性输入一个音频信号，大家猜猜是哪首歌？猜对有奖：） 

作者博客原文：http://blog.jokerjewel.com/articles/2013/12/21/1387628153495.html