Navržené zařízení patří spíše do kategorie osciloskopicko-grafických sond. Jeho schopnosti umožňují pouze „od oka“ vyhodnotit tvar a parametry nízkofrekvenčních signálů. Přesto lze takový osciloskop pro své malé rozměry a hospodárnost využít v radioamatérské praxi, zejména při diagnostice a opravách zařízení v terénu.

Tento vývoj je založen na malém dvoupaprskovém osciloskopovém multimetru, popsaném v. Zůstal v ní pouze jeden „nosník“. Maximální citlivost kanálu vertikální odchylky byla zvýšena z 640 na 100 mV (celá obrazovka). Minimální doba rozmítání byla snížena z 5 na 3 ms a při pozorování logických signálů až na 300 µs. Výrazně se zmenšily rozměry zařízení, jeho hmotnost a spotřeba proudu.

Hlavní technické vlastnosti

Obvod osciloskopu je znázorněn na Obr. 1. Zkoumaný signál libovolného tvaru v závislosti na jeho amplitudě je přiveden na "Vstup 1" - jedna ze zdířek 1-5, 7, 8 konektoru X1 a společný vodič studovaného zdroje signálu je připojený ke své zásuvce 6. Rezistory R1-R6, které nastavují citlivost vertikálního vychylovacího kanálu osciloskopu, jsou namontovány přímo na kolíky zdířek konektoru. Přes zesilovač na operačním zesilovači K140UD608 (DA1) je signál přiváděn na pin 2 (RA0) mikrokontroléru (DD1), který slouží jako vstup v něm zabudovaného ADC. Digitální počty okamžitých hodnot signálu za dobu odpovídající zvolené době rozmítání jsou uloženy v paměti RAM mikrokontroléru a zobrazovány na grafickém LCD HG1 ve formě oscilogramu. Je použit LCD, který je řízen po vedeních portů RB0-RB4 a RC0-RC7 mikrokontroléru. Při vývoji softwaru se doporučení z článku ukázala jako velmi užitečná.

Variabilní odpor R10 je navržen tak, aby posouval průběh vertikálně. Rezistor R17 je vybrán pro dosažení nejlepšího kontrastu obrazu na obrazovce indikátoru.

Osciloskopické rozmítání je jednorázové a spouští se při každém stisknutí tlačítka SB2. Doba trvání rozmítání se mění stisknutím tlačítka SB1. Po každém kliknutí se na obrazovce indikátoru zobrazí číslo – hodnota zvolené doby trvání.

Pokud je doba rozmítání nastavena na 300 µs (celá obrazovka), ADC mikrokontroléru již nemá čas na digitalizaci vzorků studovaného signálu. Při takové rychlosti může indikátor pouze pozorovat povahu změny v čase logických úrovní impulsů aplikovaných na slot 9 konektoru X1 ("Vstup 2" osciloskopu). Přes oddělovací kondenzátor C1 jsou tyto impulsy přiváděny přímo na diskrétní vstup RA1 (pin 3) mikrokontroléru.

Osciloskop se sestavuje povrchovou montáží na desku (obr. 2), umístěnou v pouzdře vyrobeném z krabičky na rybářské náčiní. Indikátor HG1 je umístěn na krytu pouzdra. Vzhled ovládací zařízení je znázorněno na Obr. 3. Třetí tlačítko viditelné na fotografiích je ponecháno nezapojené. Se zařízením se nepoužívá.

Zdrojový kód sestavy a firmware pro mikrokontrolér PIC16F873A jsou k dispozici na adrese .

Literatura:

1. Kichigin A. Malý dvoupaprskový osciloskop-multimetr. - Rozhlas, 2004, č. 6, s. 24-26.
2. Modul z tekutých krystalů MT-12864J. -
3. Milevsky A. Použití grafického LCD MT-12864A s mikrokontrolérem Microchip. - Rozhlas, 2009, č. 6, s. 28-31.

Osciloskop je založen na mikrokontroléru ATmega32. Grafický indikátor LCD 128 x 64 bodů. Schéma tohoto zařízení je velmi jednoduché. Jednou z nevýhod tohoto osciloskopu je nízká maximální frekvence měřeného signálu, pro obdélníkovou vlnu je to pouze 5 kHz. Program je napsán v C ve WinAVR ve spojení s AVRStudio 4. Grafická knihovna byla napsána speciálně pro tento projekt.

Popis:

Napájecí napětí obvodu je 12 voltů. Z tohoto výstupního napětí převodníku získáme +8,2V pro IC1 a +5V pro IC2 pro IC3. Tento obvod má vstupní rozsah -2,5 voltu až +2,5 voltu nebo 0 až +5 voltů v závislosti na poloze S1 (AC/DC). Pomocí děliče můžete rozšířit rozsah měřených napětí. Kontrast displeje se nastavuje potenciometrem P2. Maximální vstupní napětí je 30 voltů pro DC a 24 voltů pro AC.

Můžete vidět pokročilejší obvod osciloskopu založený na mikrokontroléru ATxmega128A3.

Systém:

firmware mikrokontroléru:

Firmwarový soubor AVR_oscilloscope.hex , při blikání nastavte Fuse bity mikrokontroléru pro taktování z externího krystalu. Nezapomeňte zakázat rozhraní JTAG.

Každý radioamatér si jen těžko dokáže představit svou laboratoř bez tak důležitého měřícího přístroje, jakým je osciloskop. A skutečně, bez speciálního nástroje, který vám umožní analyzovat a měřit signály působící v obvodu, je oprava většiny moderních elektronických zařízení nemožná.

Na druhou stranu náklady na tato zařízení často převyšují rozpočtové možnosti běžného spotřebitele, což ho nutí hledat alternativy nebo si vyrobit osciloskop vlastníma rukama.

Řešení problému

Nákup drahých elektronických produktů můžete odmítnout v následujících případech:

• Použijte pro tyto účely zabudované v PC nebo notebooku zvuková karta(ZK);
• Výroba osciloskopu USB vlastníma rukama;
• Vylepšení běžného tabletu.

Každá z výše uvedených možností, která vám umožňuje vyrobit osciloskop vlastníma rukama, není vždy použitelná. Pro plnohodnotnou práci se svépomocí sestavenými set-top boxy a moduly musí být splněny následující předpoklady:

• Přípustnost určitých omezení měřených signálů (např. jejich frekvencí);
• Zkušenosti se složitými elektronickými obvody;
• Schopnost vylepšit tablet.

Zejména osciloskop ze zvukové karty tedy neumožňuje měřit oscilační procesy s frekvencemi, které jsou mimo jeho provozní rozsah (20 Hz-20 kHz). A pro výrobu USB set-top boxu k PC budete potřebovat nějaké zkušenosti s montáží a konfigurací složitých elektronických zařízení (stejně jako s připojením k běžnému tabletu).

Poznámka! Možnost, ve které je možné vyrobit osciloskop z notebooku nebo tabletu nejjednodušším přístupem, se týká prvního případu, který zahrnuje použití vestavěného ZK.

Zvažte, jak je každá z výše uvedených metod implementována v praxi.

Pomocí ZK

Pro implementaci tohoto způsobu získávání obrázku bude nutné vytvořit předponu malé velikosti, která se bude skládat pouze z několika elektronických součástek dostupných pro každou z nich. Jeho schéma najdete na obrázku níže.

Hlavním účelem takového elektronického obvodu je zajistit bezpečný přívod zkoumaného externího signálu na vstup vestavěné zvukové karty, která má vlastní analogově-digitální převodník (ADC). V něm použité polovodičové diody zaručují omezení amplitudy signálu na úrovni ne více než 2 Volty a dělič rezistorů zapojených do série umožňuje přivádět na vstup napětí s velkými hodnotami amplitudy.

Na desku s odpory a diodami je z výstupní strany připájen vodič s vidlicí 3,5 mm na opačném konci, který se vkládá do patice ZK pod názvem "Line Input". Testovaný signál je přiveden na vstupní svorky.

Důležité! Délka propojovacího kabelu by měla být co nejkratší, aby bylo zajištěno minimální zkreslení signálu při velmi nízkých měřitelných úrovních. Jako takový konektor se doporučuje použít dvouvodičový drát v měděném opletení (stínění).

Přestože frekvence procházející takovým omezovačem jsou v oblasti nízkých frekvencí, toto opatření zlepšuje kvalitu přenosu.

Program pro získávání oscilogramů

Kromě technického vybavení byste si před zahájením měření měli připravit příslušné software(software). To znamená, že musíte nainstalovat jeden z nástrojů určených speciálně pro získání obrazu oscilogramu na vašem PC.

Za pouhou hodinu nebo o něco déle je tedy možné vytvořit podmínky pro studium a analýzu elektrických signálů pomocí stacionárního PC (laptopu).

Vylepšení tabletu

Pomocí vestavěné mapy

Chcete-li přizpůsobit běžný tablet pro snímání oscilogramů, můžete použít dříve popsaný způsob připojení k audio rozhraní. V tomto případě jsou možné určité potíže, protože tablet nemá diskrétní linkový vstup pro mikrofon.

Tento problém lze vyřešit následujícím způsobem:

• Z telefonu je třeba vzít náhlavní soupravu, která by měla mít vestavěný mikrofon;
• Poté byste měli objasnit zapojení (pinout) vstupních svorek na tabletu použitém pro připojení a porovnat je s odpovídajícími kontakty na zástrčce náhlavní soupravy;
• Pokud se shodují, můžete bezpečně připojit zdroj signálu místo mikrofonu pomocí dříve diskutované předpony na diodách a rezistorech;
• Nakonec zbývá nainstalovat do tabletu speciální program, který dokáže analyzovat signál na mikrofonním vstupu a zobrazit jeho graf na obrazovce.

Výhody tato metoda připojení k počítači je snadné a levné. Mezi jeho nevýhody patří malý rozsah měřených frekvencí a také chybějící 100% záruka bezpečnosti tabletu.

Tyto nedostatky je možné překonat použitím speciálních elektronických set-top boxů připojených přes Bluetooth modul nebo přes Wi-Fi kanál.

Domácí předpona k modulu Bluetooth

Připojení přes Bluetooth se provádí pomocí samostatného gadgetu, kterým je set-top box se zabudovaným mikrokontrolérem ADC. Díky použití nezávislého kanálu pro zpracování informací je možné rozšířit šířku pásma přenášených frekvencí až na 1 MHz; zatímco vstupní signál může dosáhnout 10 voltů.

Dodatečné informace. Dosah takové předpony vyrobené vlastními silami může dosáhnout 10 metrů.

Ne každý je však schopen sestavit si takový převodník doma, což výrazně omezuje okruh uživatelů. Pro všechny, kteří nejsou připraveni na samostatnou výrobu set-top boxu, je možné zakoupit hotový výrobek, který je od roku 2010 volně prodejný.

Výše uvedené vlastnosti mohou vyhovovat domácímu mistrovi zabývajícímu se opravou nepříliš složitých nízkofrekvenčních zařízení. Složitější opravy mohou vyžadovat profesionální převodníky s šířkou pásma až 100 MHz. Tyto možnosti může poskytnout kanál Wi-Fi, protože rychlosti protokolu výměny dat jsou v tomto případě nesrovnatelně vyšší než u Bluetooth.

Wi-Fi osciloskopy

Možnost přenosu digitálních dat pomocí tohoto protokolu výrazně rozšiřuje šířku pásma měřicího zařízení. Pracující na tomto principu a volně prodávané konzole nejsou svými vlastnostmi horší než některé vzorky klasických osciloskopů. Jejich náklady však také zdaleka nejsou přijatelné pro uživatele s průměrnými příjmy.

Na závěr podotýkáme, že s přihlédnutím k výše uvedeným omezením je možnost Wi-Fi připojení také vhodná pouze pro omezený okruh uživatelů. Těm, kteří se rozhodnou tuto metodu opustit, doporučujeme zkusit sestavit digitální osciloskop, který poskytuje stejné vlastnosti, ale připojením k USB vstupu.

Tato možnost je také velmi obtížně implementovatelná, takže pro ty, kteří si nejsou zcela jisti svými schopnostmi, by bylo rozumnější zakoupit hotový USB set-top box dostupný k prodeji.

Video

Tento jednoduchý a levný USB osciloskop byl navržen a vyroben jen pro zábavu. Kdysi dávno jsem měl možnost opravit nějaký zablácený videoprocesor, ve kterém byl vypálený vstup až na ADC. Ukázalo se, že ADC jsou cenově dostupné a levné, koupil jsem pár pro každý případ, jeden ho šel vyměnit a druhý zůstal. Nedávno mi padl do oka a po přečtení dokumentace k němu jsem se rozhodl, že jej použiji na něco užitečného v domácnosti. V důsledku toho jsme dostali takové zařízení. Stálo to penny (dobře, asi 1 000 rublů) a pár dní volna. Při tvorbě jsem se snažil zredukovat počet dílů na minimum, při zachování minimální funkčnosti nutné pro osciloskop. Zpočátku jsem se rozhodl, že se ukázalo, že je to nějaké bolestně frivolní zařízení, ale nyní ho neustále používám, protože se ukázalo jako velmi pohodlné - nezabírá místo na stole, snadno se vejde do kapsy (je to velikost krabičky cigaret) a má docela slušné vlastnosti:

Maximální vzorkovací frekvence - 6 MHz;
- Šířka pásma vstupního zesilovače - 0-16 MHz;
- Vstupní dělič - od 0,01 V/div do 10 V/div;
- Vstupní odpor - 1 MOhm;
- Rozlišení - 8 bitů.

Kruhový diagram osciloskop je na obrázku 1.

Obr. 1 Schematické schéma osciloskopu

Pro různá nastavení a řešení problémů v jakýchkoliv měničích výkonu, obvodech ovládání domácích spotřebičů, pro studium všech druhů zařízení atd., kde není vyžadováno přesné měření a vysoké frekvence, ale stačí se podívat na průběh s frekvencí např. , až pár megahertzů - víc než dost.

Tlačítko S2 je součástí hardwaru potřebného pro bootloader. Pokud jej podržíte stisknuté při připojování osciloskopu k USB, PIC bude pracovat v režimu bootloader a můžete aktualizovat firmware osciloskopu pomocí příslušné utility. Jako ADC (IC3) byl použit "televizní" mikroobvod TDA8708A. Je docela k dispozici ve všech druzích "Chip and Dip" ah a dalších místech pro získání dílů. Ve skutečnosti se nejedná pouze o ADC pro video signál, ale také o vstupní přepínač, ekvalizér a omezovač úrovně bílé a černé atd. Ale všechna tato kouzla nejsou v tomto designu použita. ADC je velmi rychlý - vzorkovací frekvence je 30 MHz. V obvodu pracuje na taktovací frekvenci 12 MHz - rychlejší není potřeba, protože PIC18F2550 prostě nemůže číst data rychleji. A čím vyšší frekvence - tím větší spotřeba ADC. Místo TDA8708A můžete použít jakýkoli jiný rychlý ADC s paralelním datovým výstupem, jako je TDA8703 nebo něco od Analog Devices.

Hodinová frekvence pro ADC byla lstivě extrahována z PIC "a - PWM tam bylo spuštěno s frekvencí 12 MHz a pracovním cyklem 0,25. Hodinový puls s kladnou polaritou prochází v Q1 PIC cyklu", takže jakýkoli přístup k portu B, který se vyskytuje v datech cyklu Q2 ADC bude připraven. Jádro PIC pracuje na frekvenci 48 MHz, přijímá se přes PLL z 4 MHz quartz. Kopírovací příkaz z registru do registru trvá 2 cykly nebo 8 cyklů. Data ADC lze tedy ukládat do paměti s maximální frekvencí 6 MHz pomocí souvislé sekvence příkazů MOVFF PORTB, POSTINC0 Jedna banka PIC18F2550 RAM o velikosti 256 bajtů je použita pro datovou vyrovnávací paměť.

Nižší vzorkovací frekvence jsou implementovány přidáním zpoždění mezi instrukcemi MOVFF. Firmware implementuje nejjednodušší synchronizaci na záporné nebo kladné hraně vstupního signálu. Cyklus sběru dat do vyrovnávací paměti je spuštěn příkazem z PC přes USB, po kterém lze tato data načíst přes USB. Výsledkem je, že PC přijímá 256 8bitových vzorků, které lze například zobrazit jako obrázek. Vstupní obvod je jednoduchý na ostudu. Dělič vstupního napětí bez jakýchkoliv ozdůbek je proveden na otočném přepínači. Bohužel nebylo možné zjistit, jak přenést polohu přepínače na PIC, proto jsou v grafickém obličeji osciloskopu pouze hodnoty napětí v relativních jednotkách - dílcích stupnice. Zesilovač vstupního signálu (IC2B) pracuje se zesílením 10x, nulový posun potřebný pro ADC (přijímá signál v rozsahu od Vcc - 2,41 V do Vcc - 1,41 V) je zajištěn napětím z programovatelného PIC generátor referenčního napětí (CVREF IC1, R7, R9) a dělič od záporného napájecího napětí (R6, R10, R8). Protože v balení op-amp byl "extra" zesilovač (IC2A), použil jsem ho jako sledovač předpětí.

Nezapomeňte na kapacitní obvody pro frekvenční kompenzaci vstupní kapacity vašeho operačního zesilovače a omezovací diody, které nejsou na obvodu - musíte volit kapacity paralelně s dělicími odpory a rezistorem R1, jinak bude frekvenční odezva vstupu obvod zničí celou šířku pásma. U stejnosměrného proudu je vše jednoduché - vstupní odpor operačního zesilovače a uzavřených diod je řádově vyšší než odpor děliče, takže dělič lze jednoduše vypočítat bez zohlednění vstupního odporu operačního zesilovače . U střídavého proudu je to jiné - vstupní kapacita operačního zesilovače a diod je významná hodnota ve srovnání s kapacitou děliče. Z odporu děliče a vstupní kapacity operačního zesilovače a diod se získá pasivní dolní propust, která zkresluje vstupní signál.

Chcete-li tento efekt neutralizovat, musíte se ujistit, že vstupní kapacita operačního zesilovače a diod bude mnohem menší než kapacita děliče. Toho lze dosáhnout vytvořením kapacitního děliče paralelního s odporovým. Je obtížné vypočítat takového dělitele, protože jak vstupní kapacita obvodu, tak montážní kapacita nejsou známy. Je snazší to vyzvednout.

Způsob výběru je:
1. Paralelně s R18 zapojte kondenzátor o kapacitě přibližně 1000 pF.
2. Vyberte nejcitlivější mez, přiveďte na vstup obdélníkové impulsy s frekvencí 1 kHz a rozpětím několika dílků stupnice a vyberte kondenzátor rovnoběžný s R1 tak, aby obdélníky na obrazovce vypadaly jako obdélníky, bez špiček popř. blokády na frontách.
3. Opakujte operaci pro každý další limit, přičemž vyberte kondenzátory paralelně s každým děličovým rezistorem podle limitu.
4. Opakujte postup od začátku a ujistěte se, že je vše ve všech mezích v pořádku (může se objevit kapacita montážních kondenzátorů), a pokud něco není v pořádku, mírně upravte kapacity.

Samotný operační zesilovač je Analog Devices AD823. Nejdražší část osciloskopu. :) Ale na druhou stranu je to pásmo 16 MHz - což je docela dobrý.A navíc je to první z těch chytrých, co narazily v retailu za rozumné peníze.

Tento duální operační zesilovač lze samozřejmě bez jakýchkoli úprav změnit na něco jako LM2904, ale pak se budete muset omezit na signály zvukového rozsahu. Nevytáhne více než 20-30 kHz.

No, tvar obdélníkového, například, signály budou mírně zkreslené. Pokud se vám ale podaří najít něco jako OPA2350 (38 MHz), tak to bude naopak báječné.

Zdroj záporného napájecího napětí pro operační zesilovač je založen na známé nabíjecí pumpě ICL7660. Minimální vazba a žádná indukčnost. Výstupní proud -5 V je samozřejmě malý, ale nepotřebujeme mnoho. Výkonové obvody analogové části jsou od digitálního rušení izolovány indukčnostmi a kapacitami (L2, L3, C5, C6). Indukčnosti mi přišly na nominální hodnotu 180 uH, tak jsem je nainstaloval. Žádné rušení napájení ani při nejcitlivějším limitu. Firmware PIC se načte přes USB pomocí bootloaderu, který se nachází od 0. adresy v paměti programu a spustí se, když při zapnutí podržíte tlačítko S2. Takže před flashováním PIC - nejprve tam vyplňte bootloader - bude jednodušší změnit firmware.
Zdroje ovladače osciloskopu pro jádra 2.6.X jsou v archivu s firmwarem. K dispozici je také konzolová utilita pro kontrolu výkonu osciloskopu. Jeho zdrojový kód stojí za to se podívat, abyste zjistili, jak komunikovat s osciloskopem, pokud pro něj chcete napsat vlastní software.
Počítačový program je jednoduchý a asketický, jeho vzhled je znázorněn na obrázcích 2 a 3. Připojte osciloskop k USB a spusťte qosciloskop. Vyžaduje QT4.