OSCILLOSCOPE Arduino

Code :

/*
     (_20190212_OLEDoscilloscope.ino)
     1285byte ram free
    2023/12/12  @ TRIMAN
*/
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include  <Adafruit_SSD1306.h>
#include <avr/pgmspace.h>               // PROGMEM
#include  <EEPROM.h>
#define SCREEN_WIDTH 128                // OLED display width
#define  SCREEN_HEIGHT 64                // OLED display height
#define REC_LENGTH 200                  // 
// Declaration for an SSD1306 display connected to  I2C (SDA, SCL pins)
#define OLED_RESET     -1      // Reset pin # (or -1 if sharing  Arduino reset pin)
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire,  OLED_RESET);
//
const char vRangeName[10][5] PROGMEM = {"A50V", "A  5V", " 50V", " 20V", " 10V", "  5V", "  2V", "  1V", "0.5V", "0.2V"};  // \\0
const char * const vstring_table[] PROGMEM = {vRangeName[0], vRangeName[1],  vRangeName[2], vRangeName[3], vRangeName[4], vRangeName[5], vRangeName[6], vRangeName[7],  vRangeName[8], vRangeName[9]};
const char hRangeName[8][6] PROGMEM = {" 50ms",  " 20ms", " 10ms", "  5ms", "  2ms", "  1ms", "500us", "200us"};          //  (48
const char * const hstring_table[] PROGMEM = {hRangeName[0], hRangeName[1],  hRangeName[2], hRangeName[3], hRangeName[4], hRangeName[5], hRangeName[6], hRangeName[7]};
int  waveBuff[REC_LENGTH];      //  (RAM)
char chrBuff[10];              // 
String  hScale = "xxxAs";
String vScale = "xxxx";
float lsb5V = 0.0055549;       // 5V0.005371 V/1LSB
float lsb50V = 0.051513;       // 50V 0.05371
volatile  int vRange;           //   0:A50V, 1:A 5V, 2:50V, 3:20V, 4:10V, 5:5V, 6:2V, 7:1V,  8:0.5V
volatile int hRange;           // 0:50m, 1:20m, 2:10m, 3:5m, 4;2m, 5:1m,  6:500u, 7;200u
volatile int trigD;            // 0:1:
volatile int scopeP;           //  0:, 1:, 2:
volatile boolean hold = false; // 
volatile boolean  paraChanged = false; //  true
volatile int saveTimer;        // EEPROM
int  timeExec;                  // (ms)
int dataMin;                   // (min:0)
int  dataMax;                   // (max:1023)
int dataAve;                   // 10  max:10230)
int rangeMax;                  // 
int rangeMin;                  //  
int rangeMaxDisp;              // max100
int rangeMinDisp;              //  min
int trigP;                     // 
boolean trigSync;              // 
int  att10x;                    // 1
void setup() {
  pinMode(2, INPUT_PULLUP);    // (int0
  pinMode(8, INPUT_PULLUP);    // Select
  pinMode(9, INPUT_PULLUP);    // Up
  pinMode(10, INPUT_PULLUP);   // Down
  pinMode(11, INPUT_PULLUP);   // Hold 
  pinMode(12, INPUT);          // 1/10
  pinMode(13, OUTPUT);         // 
  //     Serial.begin(115200);        // RAM
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC,  0x3C)) { // Address 0x3C for 128x64
    //       Serial.println(F("SSD1306 failed"));
    for (;;);                               // Don't proceed, loop forever
  }
  loadEEPROM();                             // EEPROM
  analogReference(INTERNAL);                // ADC1.1Vvref)
  attachInterrupt(0, pin2IRQ, FALLING);     //  
  startScreen();                            // 
}
void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);
  setConditions();                          // RAM40
  readWave();                               //  (1.6ms )
  digitalWrite(13, LOW);                    //
  dataAnalize();                            // (0.4-0.7ms)
  writeCommonImage();                       // (4.6ms)
  plotData();                               //  (5.4ms+)
  dispInf();                                // (6.2ms)
  display.display();                        // (37ms)
  saveEEPROM();                             //  EEPROM
  while (hold == true) {                    // Hold
    dispHold();
    delay(10);
  }
}
void setConditions() {   // 
  // PROGMEM
  strcpy_P(chrBuff, (char*)pgm_read_word(&(hstring_table[hRange])));  // 
  hScale  = chrBuff;                                                   // hScale
  //  
  strcpy_P(chrBuff, (char*)pgm_read_word(&(vstring_table[vRange])));  // 
  vScale = chrBuff;                                                   // vScale
  switch (vRange) {              // 
    case 0: {                    // Auto50V
        //        rangeMax = 1023;
        //        rangeMin = 0;
        att10x  = 1;              // 
        break;
      }
    case 1: {                    //  Auto 5V
        //        rangeMax = 1023;
        //        rangeMin = 0;
        att10x = 0;              // 
        break;
      }
    case 2:  {                    // 50V
        rangeMax = 50 / lsb50V;  // 
        rangeMaxDisp  = 5000;     // 100
        rangeMin = 0;
        rangeMinDisp = 0;
        att10x  = 1;              // 
        break;
      }
    case 3: {                    //  20V
        rangeMax = 20 / lsb50V;  // 
        rangeMaxDisp = 2000;
        rangeMin = 0;
        rangeMinDisp = 0;
        att10x = 1;              //  
        break;
      }
    case 4: {                    // 10V
        rangeMax  = 10 / lsb50V;  // 
        rangeMaxDisp = 1000;
        rangeMin = 0;
        rangeMinDisp = 0;
        att10x = 1;              // 
        break;
      }
    case 5: {                    // 5V
        rangeMax = 5 / lsb5V;    // 
        rangeMaxDisp = 500;
        rangeMin = 0;
        rangeMinDisp  = 0;
        att10x = 0;              // 
        break;
      }
    case  6: {                    // 2V
        rangeMax = 2 / lsb5V;    // 
        rangeMaxDisp  = 200;
        rangeMin = 0;
        rangeMinDisp = 0;
        att10x =  0;              // 
        break;
      }
    case 7: {                    //  1V
        rangeMax = 1 / lsb5V;    // 
        rangeMaxDisp = 100;
        rangeMin  = 0;
        rangeMinDisp = 0;
        att10x = 0;              // 
        break;
      }
    case 8: {                    // 0.5V
        rangeMax = 0.5 /  lsb5V;  // 
        rangeMaxDisp = 50;
        rangeMin = 0;
        rangeMinDisp  = 0;
        att10x = 0;              // 
        break;
      }
    case  9: {                    // 0.5V
        rangeMax = 0.2 / lsb5V;  // 
        rangeMaxDisp  = 20;
        rangeMin = 0;
        rangeMinDisp = 0;
        att10x =  0;              // 
        break;
      }
  }
}
void writeCommonImage()  {     // 
  display.clearDisplay();                   // (0.4ms)
  display.setTextColor(WHITE);              // 
  display.setCursor(86, 0);                 // Start at top-left  corner
  display.println(F("av    V"));            // 1
  display.drawFastVLine(26,  9, 55, WHITE);  // 
  display.drawFastVLine(127, 9, 55, WHITE); // 
  display.drawFastHLine(24,  9, 7, WHITE);   // Max
  display.drawFastHLine(24, 36, 2, WHITE);  //
  display.drawFastHLine(24,  63, 7, WHITE);  //
  display.drawFastHLine(51, 9, 3, WHITE);   // Max
  display.drawFastHLine(51, 63, 3, WHITE);  //
  display.drawFastHLine(76,  9, 3, WHITE);   // Max
  display.drawFastHLine(76, 63, 3, WHITE);  //
  display.drawFastHLine(101, 9, 3, WHITE);  // Max
  display.drawFastHLine(101,  63, 3, WHITE); //
  display.drawFastHLine(123, 9, 5, WHITE);  // Max
  display.drawFastHLine(123, 63, 5, WHITE); // 
  for (int x = 26; x <= 128;  x += 5) {
    display.drawFastHLine(x, 36, 2, WHITE); // ()
  }
  for (int  x = (127 - 25); x > 30; x -= 25) {
    for (int y = 10; y < 63; y += 5) {
      display.drawFastVLine(x, y, 2, WHITE); // 3
    }
  }
}
void  readWave() {                            // 
  if (att10x == 1) {                         //  1/10
    pinMode(12, OUTPUT);                     // 
    digitalWrite(12,  LOW);                   // LOW
  } else {                                   //  
    pinMode(12, INPUT);                      // Hi-z
  }
  switch  (hRange) {                          // 
    case 0: {                                //  50ms
        timeExec = 400 + 50;                 // (ms) EEPROM
        ADCSRA  = ADCSRA & 0xf8;              // 3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x07;              //  128 (arduino
        for (int i = 0; i < REC_LENGTH; i++) {     // 200
          waveBuff[i]  = analogRead(0);       // 112s
          delayMicroseconds(1888);           //  
        }
        break;
      }
    case 1: {                                //  20ms
        timeExec = 160 + 50;                 // (ms) EEPROM
        ADCSRA  = ADCSRA & 0xf8;              // 3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x07;              //  128 (arduino
        for (int i = 0; i < REC_LENGTH; i++) {     // 200
          waveBuff[i]  = analogRead(0);       // 112s
          delayMicroseconds(688);            //  
        }
        break;
      }
    case 2: {                                //  10 ms
        timeExec = 80 + 50;                  // (ms) EEPROM
        ADCSRA  = ADCSRA & 0xf8;              // 3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x07;              //  128 (arduino
        for (int i = 0; i < REC_LENGTH; i++) {     // 200
          waveBuff[i]  = analogRead(0);       // 112s
          delayMicroseconds(288);            //  
        }
        break;
      }
    case 3: {                                //  5 ms
        timeExec = 40 + 50;                  // (ms) EEPROM
        ADCSRA  = ADCSRA & 0xf8;              // 3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x07;              //  128 (arduino
        for (int i = 0; i < REC_LENGTH; i++) {     // 200
          waveBuff[i]  = analogRead(0);       // 112s
          delayMicroseconds(88);             //  
        }
        break;
      }
    case 4: {                                //  2 ms
        timeExec = 16 + 50;                  // (ms) EEPROM
        ADCSRA  = ADCSRA & 0xf8;              // 3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x06;              //  64 (0x1=2, 0x2=4, 0x3=8, 0x4=16, 0x5=32, 0x6=64, 0x7=128)
        for (int i  = 0; i < REC_LENGTH; i++) {     // 200
          waveBuff[i] = analogRead(0);       // 56s
          delayMicroseconds(24);             // 
        }
        break;
      }
    case 5: {                                //  1 ms
        timeExec = 8 + 50;                   // (ms) EEPROM
        ADCSRA  = ADCSRA & 0xf8;              // 3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x05;              //  16 (0x1=2, 0x2=4, 0x3=8, 0x4=16, 0x5=32, 0x6=64, 0x7=128)
        for (int i  = 0; i < REC_LENGTH; i++) {     // 200
          waveBuff[i] = analogRead(0);       // 28s
          delayMicroseconds(12);             // 
        }
        break;
      }
    case 6: {                                //  500us
        timeExec = 4 + 50;                   // (ms) EEPROM
        ADCSRA  = ADCSRA & 0xf8;              // 3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x04;              //  16(0x1=2, 0x2=4, 0x3=8, 0x4=16, 0x5=32, 0x6=64, 0x7=128)
        for (int i =  0; i < REC_LENGTH; i++) {     // 200
          waveBuff[i] = analogRead(0);       //  16s
          delayMicroseconds(4);              // 
          // 1.875snop  110.0625s @16MHz)
          asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");  asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");
          asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");
        }
        break;
      }
    case 7: {                                // 200us
        timeExec  = 2 + 50;                   // (ms) EEPROM
        ADCSRA = ADCSRA & 0xf8;              //  3
        ADCSRA = ADCSRA | 0x02;              // :4(0x1=2, 0x2=4, 0x3=8, 0x4=16,  0x5=32, 0x6=64, 0x7=128)
        for (int i = 0; i < REC_LENGTH; i++) {
          waveBuff[i]  = analogRead(0);       // 6s
          // 1.875snop 110.0625s @16MHz)
          asm("nop");  asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");  asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");
          asm("nop"); asm("nop");  asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");  asm("nop"); asm("nop");
          asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");  asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop"); asm("nop");  asm("nop");
        }
        break;
      }
  }
}
void  dataAnalize() {                   // 
  int d;
  long sum = 0;
  //  
  dataMin = 1023;                         // 
  dataMax = 0;                            //  
  for (int i = 0; i < REC_LENGTH; i++) {  // 
    d = waveBuff[i];
    sum  = sum + d;
    if (d < dataMin) {                    // 
      dataMin = d;
    }
    if (d > dataMax) {                    // 
      dataMax = d;
    }
  }
  // 
  dataAve = (sum + 10) / 20;               // 10
  // max,min
  if (vRange <= 1) {                       // Auto1
    rangeMin  = dataMin - 20;               // -20
    rangeMin = (rangeMin / 10) * 10;       //  10
    if (rangeMin < 0) {
      rangeMin = 0;                        // 0
    }
    rangeMax = dataMax + 20;               // +20
    rangeMax = ((rangeMax  / 10) + 1) * 10; // 10
    if (rangeMax > 1020) {
      rangeMax = 1023;                     //  10201023
    }
    if (att10x == 1) {                            // 
      rangeMaxDisp = 100 * (rangeMax * lsb50V);   // ADC
      rangeMinDisp =  100 * (rangeMin * lsb50V);   // 
    } else {                                      //  
      rangeMaxDisp = 100 * (rangeMax * lsb5V);
      rangeMinDisp = 100 *  (rangeMin * lsb5V);
    }
  } else {                                   //  
    // 
  }
  // 
  for (trigP = ((REC_LENGTH / 2) - 51); trigP  < ((REC_LENGTH / 2) + 50); trigP++) { // 
    if (trigD == 0) {                        //  0
      if ((waveBuff[trigP - 1] < (dataMax + dataMin) / 2) && (waveBuff[trigP]  >= (dataMax + dataMin) / 2)) {
        break;                              //  
      }
    } else {                                // 0
      if ((waveBuff[trigP  - 1] > (dataMax + dataMin) / 2) && (waveBuff[trigP] <= (dataMax + dataMin) / 2))  {
        break;
      }                                    // 
    }
  }
  trigSync = true;
  if (trigP >= ((REC_LENGTH / 2) + 50)) {  // 
    trigP = (REC_LENGTH / 2);
    trigSync = false;                      // Unsync
  }
}
void startScreen() {                 // 
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);            // 2
  display.setTextColor(WHITE);       //
  display.setCursor(10, 25);         //
  display.println(F("@.TRIMAN.2023"));   // 
  display.setCursor(10, 45);         //
  display.println(F("Oscilloscope"));
  display.display();                 // 
  delay(5000);
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);            // 
}
void dispHold() {                            //  Hold
  display.fillRect(32, 12, 24, 8, BLACK);    // 4
  display.setCursor(32,  12);
  display.print(F("Hold"));                  // Hold 
  display.display();                         //
}
void dispInf() {                             //  
  float voltage;
  // 
  display.setCursor(2, 0);                   //  
  display.print(vScale);                     // 
  if (scopeP == 0) {                         //  
    display.drawFastHLine(0, 7, 27, WHITE);  // 
    display.drawFastVLine(0,  5, 2, WHITE);
    display.drawFastVLine(26, 5, 2, WHITE);
  }
  //  
  display.setCursor(34, 0);                  //
  display.print(hScale);                     // (time/div)
  if (scopeP == 1) {                         //  
    display.drawFastHLine(32, 7, 33, WHITE); // 
    display.drawFastVLine(32,  5, 2, WHITE);
    display.drawFastVLine(64, 5, 2, WHITE);
  }
  //  
  display.setCursor(75, 0);                  // 
  if (trigD == 0) {
    display.print(char(0x18));               // 
  } else {
    display.print(char(0x19));               //               
  }
  if (scopeP == 2) {      // 
    display.drawFastHLine(71,  7, 13, WHITE); // 
    display.drawFastVLine(71, 5, 2, WHITE);
    display.drawFastVLine(83,  5, 2, WHITE);
  }
  // 
  if (att10x == 1) {                         //  10
    voltage = dataAve * lsb50V / 10.0;       // 50V
  } else {
    voltage  = dataAve * lsb5V / 10.0;        // 5V
  }
  dtostrf(voltage, 4, 2, chrBuff);           // x.xx 
  display.setCursor(98, 0);                  // 
  display.print(chrBuff);                    // 
  //  display.print(saveTimer);                  // 
  // 
  voltage = rangeMaxDisp / 100.0;            // Max
  if (vRange ==  1 || vRange > 4) {           // 5VAuto5V
    dtostrf(voltage, 4, 2, chrBuff);         //  *.** 
  } else {                                   //
    dtostrf(voltage,  4, 1, chrBuff);         // **.* 
  }
  display.setCursor(0, 9);
  display.print(chrBuff);                    // Max
  voltage = (rangeMaxDisp + rangeMinDisp) / 200.0;  // 
  if (vRange == 1 || vRange > 4) {           // 5VAuto5V
    dtostrf(voltage,  4, 2, chrBuff);         // 2
  } else {                                   //
    dtostrf(voltage, 4, 1, chrBuff);         // 1
  }
  display.setCursor(0,  33);
  display.print(chrBuff);                    // 
  voltage = rangeMinDisp  / 100.0;            // Min
  if (vRange == 1 || vRange > 4) {           // 5VAuto5V
    dtostrf(voltage, 4, 2, chrBuff);         // 2
  } else {
    dtostrf(voltage,  4, 1, chrBuff);         // 1
  }
  display.setCursor(0, 57);
  display.print(chrBuff);                    // Min
  // 
  if (trigSync == false) {                   //  
    display.setCursor(60, 55);               // 
    display.print(F("Unsync"));              // Unsync 
  }
}
void plotData() {                    //  
  long y1, y2;
  for (int x = 0; x <= 98; x++) {
    y1 = map(waveBuff[x  + trigP - 50], rangeMin, rangeMax, 63, 9); // 
    y1 = constrain(y1, 9, 63);                                     // 
    y2 = map(waveBuff[x + trigP - 49],  rangeMin, rangeMax, 63, 9); //
    y2 = constrain(y2, 9, 63);                                     //
    display.drawLine(x + 27, y1, x + 28, y2, WHITE);               // 
  }
}
void  saveEEPROM() {                    // EEPROM
  if (paraChanged == true) {           //  
    saveTimer = saveTimer - timeExec;  // 
    if (saveTimer < 0) {               //  
      paraChanged = false;             // 
      EEPROM.write(0, vRange);        // 
      EEPROM.write(1, hRange);
      EEPROM.write(2, trigD);
      EEPROM.write(3, scopeP);
    }
  }
}
void loadEEPROM() {                //  EEPROM
  int x;
  x = EEPROM.read(0);             // vRange
  if ((x <  0) || (x > 9)) {        // 0-9
    x = 3;                         // 
  }
  vRange = x;
  x = EEPROM.read(1);             // hRange
  if ((x < 0)  || (x > 7)) {        // 0-9
    x = 3;                         // 
  }
  hRange = x;
  x = EEPROM.read(2);             // trigD
  if ((x < 0) ||  (x > 1)) {        // 0-9
    x = 1;                         // 
  }
  trigD  = x;
  x = EEPROM.read(3);             // scopeP
  if ((x < 0) || (x > 2))  {        // 0-9
    x = 1;                         // 
  }
  scopeP = x;
}
void  pin2IRQ() {                   // Pin2(int0)
  //pin8,9,10,11Pin2
  //
  int x;                           // 
  x = PINB;                        //  B
  if ( (x & 0x07) != 0x07) {       // 3High
    saveTimer = 5000;              //  EEPROM(ms
    paraChanged = true;            // ON
  }
  if ((x & 0x01)  == 0) {
    scopeP++;
    if (scopeP > 2) {
      scopeP = 0;
    }
  }
  if ((x & 0x02) == 0) {           // UP
    if (scopeP == 0) {             //  
      vRange++;
      if (vRange > 9) {
        vRange = 9;
      }
    }
    if (scopeP == 1) {             // 
      hRange++;
      if (hRange  > 7) {
        hRange = 7;
      }
    }
    if (scopeP == 2) {             //  
      trigD = 0;                   // 
    }
  }
  if ((x & 0x04)  == 0) {           // DOWN
    if (scopeP == 0) {             // 
      vRange--;
      if (vRange < 0) {
        vRange = 0;
      }
    }
    if (scopeP  == 1) {             // 
      hRange--;
      if (hRange < 0) {
        hRange  = 0;
      }
    }
    if (scopeP == 2) {             // 
      trigD  = 1;                   // 
    }
  }
  if ((x & 0x08) == 0) {           //  HOLD
    hold = ! hold;                 // 
  }
}