导语

  

    Red Pitaya是一款非常实用的测量系统，集成了示波器，信号发生器，频谱分析仪等多种功能。本教程从硬件到软件全面系统地介绍了Red Pitaya的使用方法及相关案例。教程总共分为四部分——基础篇、硬件篇、软件篇和扩展篇，从具体问题或实例入手，由浅入深，阐明思路，给出具体的操作步骤和相关代码，便于读者掌握Red Pitaya的使用方法和技巧，然后创新出自己的实际应用。

内容提要

  

    本书系统地讲述了Red Pitaya（火龙果）的快速入门、应用及特点、硬件结构、软件开发及扩展应用，是目前市面上少有的关于Red Pitaya系统应用及开发的中文图书。
    全书共10章。第1章和第2章主要包括Red Pitaya的基础知识部分及快速上手部分。基础知识部分介绍了准备工作、应用程序下载、SD卡镜像文件安装、系统升级和设备组装等内容。快速上手部分介绍了示波器与信号发生器、频谱分析仪、波特分析仪、逻辑分析仪、LCR测试仪和SDR软件无线电收发器的关键指标和使用方法。第3章首先介绍了Red Pitaya硬件电路，然后对其硬件结构和扩展接口及应用做了详细介绍。第4~10章主要介绍了通过MATLAB、Python两种语言来操作Red Pitaya实现各种测量和控制功能，内容包括Linux系统基础知识入门、SCPI远程控制功能开发、Web UI功能应用开发、Red Pitaya网络配置、Red Pitaya软件生态系统及常用调试工具。其中，第9章展示了多个Red Pitaya开发项目案例，第10章详细地介绍了Red Pitaya通信接口的开发案例。
    为便于读者高效学习，快速掌握Red Pitaya应用和开发方法，本书对项目案例进行了精心分析和讲解，并给出了丰富的参考源代码。
    本书内容翔实、讲解深入浅出、实用性极强，可作为高等院校电子、通信、计算机等相关专业的本科以及研究生课程教材，也可供从事硬件开发的专业人员使用。

    李英祥，现执教于成都信息工程大学，任成都信息工程大学通信工程学院院长，博士、教授、硕士生导师。主要研究方向包括人工智能与边缘计算、智能终端与物联网技术、嵌入式与片上系统。先后主持或参与了国家973基金项目子项、国家自然科学基金项目、国家物联网专项、教育部产学研合作项目、四川省科技支撑项目及企业横向项目40余项。    在/EEEACESS、Wireless Personal Com.、IETS.P.、《电子学报》《电子与信息学报》《声学学报》等学术期刊以及国际学术会议上发表科研论文50余篇。提交专利申请60余项，另获软件著作权12项，省科技进步三等奖1项。多次指导学生团队参加省级、国家竞赛并获奖。

前言Ⅰ
第1章  Red Pitaya快速使用指南
  1.1  准备工作
  1.2  连接到STEMlab主页
  1.3  下载应用程序
  1.4  准备SD卡
    1.4.1  背景介绍
    1.4.2  下载并安装SD卡镜像文件
  1.5  Red Pitaya系统升级
    1.5.1  自动升级
    1.5.2  手动升级
  1.6  设备组装
    1.6.1  部件说明
    1.6.2  部件组装
  1.7  常见故障排除
  1.8  其他常见问题处理
第2章  Red Pitaya的应用及特点
  2.1  示波器与信号发生器
    2.1.1  自动测量
    2.1.2  输入/输出
    2.1.3  触发器
    2.1.4  数学计算功能
    2.1.5  光标和导航
    2.1.6  测量功能和规格说明
  2.2  频谱分析仪
    2.2.1  输入
    2.2.2  游标
    2.2.3  范围
    2.2.4  峰值检测
    2.2.5  瀑布图
  2.3  波特分析仪
    2.3.1  波特分析仪特点
    2.3.2  规格说明
    2.3.3  硬件连接
  2.4  逻辑分析仪
    2.4.1  分析二进制信号
    2.4.2  触发
    2.4.3  解码总线数据
    2.4.4  游标
    2.4.5  两种逻辑分析仪规格参数
    2.4.6  连接逻辑分析仪扩展模块
  2.5  LCR测试仪
  2.6  SDR软件无线电收发器
  2.7  App Store
第3章  Red Pitaya硬件介绍
  3.1  硬件外观及功能对比
  3.2  硬件原理图及机械模型
  3.3  模拟输入典型规格
  3.4  模拟输入校准
  3.5  模拟输出
  3.6  模拟输出校准
  3.7  扩展
    3.7.1  扩展连接器综述
    3.7.2  扩展连接器E
    3.7.3  扩展连接器E
    3.7.4  扩展连接器注意事项
  3.8  输入/输出通道
    3.8.1  模拟输入通道
    3.8.2  模拟输出通道
    3.8.3  通用数字输入/输出通道： (N)
  3.9  供电部分简介
  3.10  扩展模块及初步设计规格
  3.11  外部ADC时钟
  3.12  其他
    3.12.1  冷却选项
    3.12.2  接插件
    3.12.3  风扇开启或关闭温度对比
    3.12.4  LED指示灯说明
第4章  Linux系统基础
  4.1  Linux基本概念和命令行命令
    4.1.1  Ubuntu介绍
    4.1.2  Linux系统文件结构
    4.1.3  Linux的文件类型
    4.1.4  常用的命令行命令
  4.2  用户与权限管理
    4.2.1  用户管理
    4.2.2  权限管理
  4.3  安装/删除软件
  4.4  文本编辑器vim
    4.4.1  vim的基本概念
    4.4.2  vim的基本操作
  4.5  使用USB存储设备
  4.6  SSH工具
    4.6.1  SSH概述
    4.6.2  SSH登录Red Pitaya开发板
第5章  SCPI远程控制
  5.1  SCPI服务
  5.2  基于SCPI服务的快速开发
    5.2.1  启动SCPI服务
    5.2.2  快速开发
  5.3  手动启动SCPI服务
  5.4  SCPI命令和API函数列表
    5.4.1  GPIOs相关功能
    5.4.2  模拟输入/输出相关功能
    5.4.3  信号发生相关功能
    5.4.4  信号采集相关功能
    5.4.5  内部数据读取相关功能
  5.5  实验
第6章  Web UI
  6.1  系统结构介绍
    6.1.1  系统概览
    6.1.2  前端
    6.1.3  后端
  6.2  创建一个应用程序
    6.2.1  准备工作
    6.2.2  系统结构
    6.2.3  工程结构
    6.2.4  编译应用程序
  6.3  举例
    6.3.1  增加一个按键来控制LED
    6.3.2  从慢速输入读取模拟电压
    6.3.3  从慢速输入和图形读取模拟电压
    6.3.4  支持偏移量设置的模拟电压示波器
    6.3.5  产生电压
  6.4  Nginx请求
  6.5  Nginx位置
第7章  网络连接
  7.1  网络
    7.1.1  快速设置
    7.1.2  WiFi设置
    7.1.3  网络配置
    7.1.4  UDEV
    7.1.5  有线设置
    7.1.6  无线设置
    7.1.7  支持USB的WiFi适配器
    7.1.8  DNS解析器
    7.1.9  NTP
    7.1.10  SSH服务器
  7.2  零配置网络
    7.2.1  连接本地地址
    7.2.2  零配置
  7.3  无线驱动
    7.3.1  当前设置
    7.3.2  未来设置的建议
    7.3.3  编译和运行C应用程序
第8章  软件
  8.1  Red Pitaya生态系统
    8.1.1  开发平台
    8.1.2  开发所需软件
    8.1.3  构建Red Pitaya生态系统过程
  8.2  Debian
    8.2.1  systemd
    8.2.2  调试
    8.2.3  调试控制台
    8.2.4  硬件设置
    8.2.5  Minicom
    8.2.6  Screen
  8.3  命令行使用程序
    8.3.1  信号发生器工具
    8.3.2  信号采集工具
    8.3.3  保存数据缓冲区
    8.3.4  复制数据——Linux用户
    8.3.5  复制数据——Windows用户
    8.3.6  访问系统寄存器
    8.3.7  用于访问FPGA寄存器的监视器实用程序
第9章  常用接口使用及程序设计
  9.1  第一个程序——点亮LED
    9.1.1  Red Pitaya硬件连接
    9.1.2  SSH远程登录开发板
    9.1.3  配置开发板C语言编译环境
    9.1.4  为项目文件夹加入自定义头文件
    9.1.5  点亮一个LED代码
    9.1.6  Makefile基础简介
    9.1.7  书写Makefile
    9.1.8  编译、测试
  9.2  数字引脚的配置与读取
    9.2.1  跑马灯
    9.2.2  数字I/O状态读取
  9.3  简单的模拟输入/输出
    9.3.1  模拟输入
    9.3.2  模拟输出
  9.4  输入/输出端口的高级应用
    9.4.1  产生连续波形
    9.4.2  产生任意波形
    9.4.3  产生信号脉冲
    9.4.4  读取任意外部波形为码表
  9.5  本章综合应用简述——音频信号频域变换器
  9.6  本章小结
第10章  通信接口详解
  10.1  串口通信
    10.1.1  串口及使用模块简介
    10.1.2  Red Pitaya串口收发红外译码数据
  10.2  IIC通信
    10.2.1  IIC简介
    10.2.2  IIC协议详解
    10.2.3  IIC读取EEPROM内存数据
    10.2.4  IIC读取外部传感器数据

前言

  

    前言Red Pitaya即火龙果，是一款来自斯洛文尼亚的多功能测量系统，集示波器、频谱分析仪、波形发生器、逻辑分析仪等功能于一体。这款设备的设计初衷是打造一款多功能的测量和控制工具来替代数台昂贵的实验设备。Red Pitaya具有实惠的价格、强大的功能和友好的界面，因而成为许多硬件爱好者和实验室的首选设备。Red Pitaya的设计特点是采用软件方式来扩充以往需要昂贵硬件才能实现的功能，Red Pitaya提供了一个完全免费的应用商店——Bazaar，用户可以在Bazaar中下载App，配合Red Pitaya的硬件电路实现各种功能。Red Pitaya硬件电路基础功能包括示波器、频谱分析仪、信号发生器、波特分析仪和PID控制器，且这些功能可以在PC、平板电脑或者手机上通过Web浏览器进行显示。使用者可通过MATLAB、LabView、Python和Scilab等多门语言来操作Red Pitaya。Red Pitaya具有强大的功能和广泛的用途，但目前市面上却鲜有全面的中文教材，这让国内一些想使用Red Pitaya的研究者和学生难以下手。为进一步激发大众创业、创新热情，加快电子产业发展进程，更好地利用国内、国际市场资源，实现我国电子产业的持续健康发展，编者根据自己的学习和实践经验，编写了这本Red Pitaya的使用指南。为了让读者可以快速上手Red Pitaya，本书在简明扼要地阐述基本理论知识的同时，尽可能多地介绍硬件实现电路以及如何用软件控制硬件电路来实现多种功能。本书参考了Red Pitaya的官方手册，同时结合编者在实际操作及工程项目中的经验编著而成。本书第1~2章主要包括Red Pitaya的基础知识部分及快速上手部分。第3章首先介绍了Red Pitaya硬件电路，然后对其硬件结构和应用做了详细介绍。通过以上内容的学习，读者可以将Red Pitaya变成各种测量和控制工具。第4~10章主要介绍了通过MATLAB、Python两种语言来操作Red Pitaya，以及Web UI。本书由李英祥教授担任主编工作，胡志恒副教授、任德昊讲师担任副主编工作，余泽寰、李志强、黄浩泽、田娟、刘兰、杜晨瑞、张家瑞等研究生参与了部分内容的编写与校对，并对实验例程进行了完整的验证。
    在本书的撰写过程中，得到了教育部2017年产学研合作项目“基于ZYNQ的火龙果应用平台实战”，四川省教育厅研究生教育改革创新项目“电子与通信工程专业学位硕士研究生工程教育教学改革”和四川省科技厅2016年重点研发项目“便携式基站天线电性能参数监测仪研制”等项目的支持，在此一并表示感谢。
    编著者2019年1月