Dispozitivul propus aparține, mai degrabă, categoriei de sonde osciloscop-grafice. Capacitățile sale permit doar „pe ochi” să evalueze forma și parametrii semnalelor de joasă frecvență. Cu toate acestea, datorită dimensiunilor sale mici și rentabilității, un astfel de osciloscop poate fi utilizat în practica radioamatorilor, în special la diagnosticarea și repararea echipamentelor pe teren.

Această dezvoltare se bazează pe un osciloscop-multimetru cu două fascicule de dimensiuni mici, descris în. În ea a rămas doar o „grindă”. Sensibilitatea maximă a canalului de abatere verticală a fost crescută de la 640 la 100 mV (ecran complet). Durata minimă de baleiaj a fost redusă de la 5 la 3 ms, iar la observarea semnalelor logice - până la 300 µs. S-au redus semnificativ dimensiunile dispozitivului, greutatea acestuia și consumul de curent.

Principalele caracteristici tehnice

Circuitul osciloscopului este prezentat în fig. 1. Semnalul investigat de formă arbitrară, în funcție de amplitudinea sa, este alimentat la „Intrarea 1” - una dintre prizele 1-5, 7, 8 ale conectorului X1, iar firul comun al sursei semnalului studiat este conectat la priza sa 6. Rezistoarele R1-R6, care stabilesc sensibilitatea canalului de deviere verticală al osciloscopului, sunt montate direct pe pinii mufelor conectorului. Prin amplificatorul de pe amplificatorul operațional K140UD608 (DA1), semnalul este transmis la pinul 2 (RA0) al microcontrolerului (DD1), care servește ca intrare a ADC-ului încorporat în acesta. Numărările digitale ale valorilor semnalului instantaneu pentru timpul corespunzător duratei de baleiaj selectate sunt stocate în memoria RAM a microcontrolerului și afișate pe LCD-ul grafic HG1 sub forma unei oscilograme. Este utilizat un LCD, care este controlat prin liniile portului RB0-RB4 și RC0-RC7 ale microcontrolerului. La dezvoltarea software-ului, recomandările din articol s-au dovedit a fi foarte utile.

Rezistorul variabil R10 este proiectat pentru a deplasa forma de undă pe verticală. Rezistorul R17 este selectat pentru a obține cel mai bun contrast al imaginii pe ecranul indicator.

Măturarea osciloscopului este o singură lovitură, declanșată de fiecare dată când butonul SB2 este apăsat. Durata măturarii este modificată prin apăsarea butonului SB1. După fiecare clic, ecranul indicator afișează un număr — valoarea duratei selectate.

Dacă durata de baleiaj este setată la 300 µs (ecran complet), ADC-ul microcontrolerului nu mai are timp să digitizeze mostrele semnalului studiat. La o astfel de viteză, indicatorul poate observa doar natura schimbării în timp a nivelurilor logice de impulsuri aplicate slotului 9 al conectorului X1 ("Intrarea 2" a osciloscopului). Prin condensatorul de separare C1, aceste impulsuri sunt alimentate direct la intrarea discretă RA1 (pin 3) a microcontrolerului.

Osciloscopul este asamblat prin montare la suprafață pe o placă (Fig. 2), plasată într-o carcasă realizată dintr-o cutie de obiecte de pescuit. Indicatorul HG1 este situat pe capacul carcasei. Aspect dispozitivul de operare este prezentat în fig. 3. Al treilea buton vizibil în fotografii este lăsat neconectat. Nu este folosit cu dispozitivul.

Codul sursă de asamblare și firmware-ul pentru microcontrolerul PIC16F873A sunt disponibile la .

Literatură:

1. Kichigin A. Osciloscop-multimetru cu două fascicule de dimensiuni mici. - Radio, 2004, nr. 6, p. 24-26.
2. Modul cu cristale lichide MT-12864J. - .
3. Milevsky A. Folosind un LCD grafic MT-12864A cu un microcontroler Microcip. - Radio, 2009, Nr. 6, p. 28-31.

Osciloscopul se bazează pe un microcontroler ATmega32. Indicator grafic LCD 128 x 64 puncte. Schema acestui dispozitiv este foarte simplă. Unul dintre dezavantajele acestui osciloscop este frecvența maximă scăzută a semnalului măsurat, pentru o undă pătrată este de doar 5 kHz. Programul este scris în C în WinAVR, împreună cu AVRStudio 4. Biblioteca grafică a fost scrisă special pentru acest proiect.

Descriere:

Tensiunea de alimentare a circuitului este de 12 volți. Din această tensiune de ieșire a convertizorului obținem +8,2V pentru IC1 și +5V pentru IC2 pentru IC3. Acest circuit are un interval de intrare de la -2,5 volți la +2,5 volți sau de la 0 la +5 volți, în funcție de poziția S1 (AC/DC). Folosind un divizor, puteți extinde gama de tensiuni măsurate. Contrastul afișajului este reglat cu potențiometrul P2. Tensiunea maximă de intrare este de 30 volți pentru DC și 24 volți pentru AC.

Puteți vedea un circuit de osciloscop mai avansat bazat pe microcontrolerul ATxmega128A3.

Sistem:

firmware pentru microcontroler:

Fișierul firmware AVR_oscilloscope.hex , când clipește, setați biții de siguranță ai microcontrolerului pentru tactarea de la un cristal extern. Asigurați-vă că dezactivați interfața JTAG.

Este dificil pentru orice radioamator să-și imagineze laboratorul fără un instrument de măsură atât de important ca un osciloscop. Și, într-adevăr, fără un instrument special care vă permite să analizați și să măsurați semnalele care acționează în circuit, repararea celor mai multe dispozitive electronice moderne este imposibilă.

Pe de altă parte, costul acestor dispozitive depășește adesea posibilitățile bugetare ale unui consumator obișnuit, ceea ce îl obligă să caute opțiuni alternative sau faceți un osciloscop cu propriile mâini.

Solutii la problema

Puteți refuza să cumpărați produse electronice scumpe în următoarele cazuri:

• Utilizați în aceste scopuri integrat într-un PC sau laptop placa de sunet(ZK);
• Realizarea unui osciloscop USB cu propriile mâini;
• Rafinamentul unei tablete obișnuite.

Fiecare dintre opțiunile enumerate mai sus, care vă permit să faceți un osciloscop cu propriile mâini, nu este întotdeauna aplicabilă. Pentru lucrul cu drepturi depline cu decodificatoare și module auto-asamblate, trebuie îndeplinite următoarele condiții preliminare:

• Admisibilitatea anumitor restricții asupra semnalelor măsurate (prin frecvența acestora, de exemplu);
• Experiență cu circuite electronice complexe;
• Capacitatea de a rafina tableta.

Deci, un osciloscop de pe o placă de sunet, în special, nu permite măsurarea proceselor oscilatorii cu frecvențe care sunt în afara domeniului său de funcționare (20 Hz-20 kHz). Și pentru fabricarea unui set-top box USB la un computer, veți avea nevoie de ceva experiență în asamblarea și configurarea dispozitivelor electronice complexe (precum și atunci când vă conectați la o tabletă obișnuită).

Notă! Opțiunea în care este posibil să faci un osciloscop de pe un laptop sau tabletă cu cea mai simplă abordare se rezumă la primul caz, care implică utilizarea unui ZK încorporat.

Luați în considerare modul în care fiecare dintre metodele de mai sus este implementată în practică.

Folosind ZK

Pentru a implementa această metodă de obținere a unei imagini, va fi necesar să se realizeze un prefix de dimensiuni mici, format din doar câteva componente electronice disponibile pentru fiecare. Diagrama acestuia poate fi găsită în imaginea de mai jos.

Scopul principal al unui astfel de circuit electronic este de a asigura alimentarea în siguranță a unui semnal extern în studiu la intrarea plăcii de sunet încorporate, care are propriul convertor analog-digital (ADC). Diodele semiconductoare utilizate în acesta garantează limitarea amplitudinii semnalului la un nivel de cel mult 2 volți, iar divizorul de rezistențe conectate în serie permite aplicarea tensiunilor cu valori mari de amplitudine la intrare.

Un fir cu o mufă de 3,5 mm la capătul opus este lipit de placă cu rezistențe și diode din partea de ieșire, care este introdus în mufa ZK sub numele "Line Input". Semnalul testat este aplicat la bornele de intrare.

Important! Lungimea cablului de conectare trebuie să fie cât mai scurtă posibil pentru a asigura o distorsiune minimă a semnalului la niveluri măsurabile foarte scăzute. Ca astfel de conector, se recomandă utilizarea unui fir cu două fire într-o împletitură de cupru (ecran).

Deși frecvențele trecute de un astfel de limitator sunt în domeniul de frecvență joasă, această precauție îmbunătățește calitatea transmisiei.

Program pentru obținerea oscilogramelor

Pe lângă echipamentul tehnic, înainte de a începe măsurătorile, ar trebui să pregătiți cel adecvat software(software). Aceasta înseamnă că trebuie să instalați unul dintre utilitarele concepute special pentru obținerea unei imagini a unei oscilograme pe computer.

Astfel, în doar o oră sau puțin mai mult, este posibil să se creeze condiții pentru studiul și analiza semnalelor electrice folosind un PC staționar (laptop).

Rafinamentul tabletei

Folosind harta încorporată

Pentru a adapta o tabletă obișnuită pentru luarea de oscilograme, puteți utiliza metoda descrisă anterior de conectare la o interfață audio. În acest caz, sunt posibile anumite dificultăți, deoarece tableta nu are o intrare de linie discretă pentru un microfon.

Această problemă poate fi rezolvată în felul următor:

• Trebuie să iei o cască de pe telefon, care ar trebui să aibă microfon încorporat;
• Apoi ar trebui să clarificați cablarea (pinout) a bornelor de intrare de pe tableta utilizată pentru conectare și să o comparați cu contactele corespunzătoare de pe mufa căștii;
• Dacă se potrivesc, puteți conecta în siguranță sursa de semnal în loc de microfon, folosind prefixul discutat anterior pe diode și rezistențe;
• Până la urmă, rămâne să instalăm pe tabletă un program special care să poată analiza semnalul la intrarea microfonului și să-și afișeze graficul pe ecran.

Avantaje aceasta metoda conectarea la un computer este ușor de implementat și ieftină. Dezavantajele sale includ o gamă mică de frecvențe măsurate, precum și lipsa unei garanții de securitate 100% pentru tabletă.

Este posibilă depășirea acestor neajunsuri prin utilizarea unor set-top box-uri electronice speciale conectate printr-un modul Bluetooth sau printr-un canal Wi-Fi.

Prefix de casă la modulul Bluetooth

Conexiunea prin Bluetooth se realizează folosind un gadget separat, care este un set-top box cu un microcontroler ADC încorporat. Datorită utilizării unui canal independent de procesare a informațiilor, este posibilă extinderea lățimii de bandă a frecvențelor transmise până la 1 MHz; în timp ce semnalul de intrare poate ajunge la 10 volți.

Informații suplimentare. Raza de acțiune a unui astfel de prefix creat poate ajunge la 10 metri.

Cu toate acestea, nu toată lumea este capabilă să asambleze un astfel de dispozitiv de conversie acasă, ceea ce limitează în mod semnificativ cercul de utilizatori. Pentru toți cei care nu sunt pregătiți să producă independent set-top box-ul, este posibil să achiziționeze un produs finit, care este disponibil pentru vânzare gratuită din 2010.

Caracteristicile de mai sus se potrivesc unui maestru de acasă angajat în repararea echipamentelor de joasă frecvență nu foarte complexe. Reparațiile mai complexe pot necesita convertoare profesionale cu lățime de bandă de până la 100 MHz. Aceste oportunități pot fi oferite de un canal Wi-Fi, deoarece vitezele protocolului de schimb de date în acest caz sunt incomparabil mai mari decât în ​​Bluetooth.

Osciloscoape Wi-Fi

Opțiunea de transmitere a datelor digitale folosind acest protocol extinde semnificativ lățimea de bandă a dispozitivului de măsurare. Lucrul pe acest principiu și consolele vândute gratuit nu sunt inferioare în caracteristicile lor față de unele mostre de osciloscoape clasice. Cu toate acestea, costul lor este departe de a fi acceptabil pentru utilizatorii cu venituri medii.

În concluzie, observăm că, ținând cont de limitările de mai sus, opțiunea de conectare Wi-Fi este potrivită și doar pentru un cerc restrâns de utilizatori. Pentru cei care decid să renunțe la această metodă, vă sfătuim să încercați să asamblați un osciloscop digital care să ofere aceleași caracteristici, dar prin conectarea la o intrare USB.

Această opțiune este, de asemenea, foarte dificil de implementat, așa că pentru cei care nu sunt complet încrezători în abilitățile lor, ar fi mai înțelept să achiziționeze un set-top box USB gata de fabricație disponibil pentru vânzare.

Video

Acest osciloscop USB simplu și ieftin a fost conceput și realizat doar pentru distracție. Cu mult timp în urmă, am avut șansa să repar un fel de procesor video noroios, în care intrarea a fost arsă la ADC. ADC-urile s-au dovedit a fi accesibile și ieftine, am cumpărat câteva pentru orice eventualitate, unul a mers să-l înlocuiască, iar celălalt a rămas. Recent, mi-a atras atenția și după ce am citit documentația pentru el, m-am hotărât să-l folosesc pentru ceva util în gospodărie. Drept urmare, am primit un astfel de dispozitiv. A costat un ban (ei bine, aproximativ 1000 de ruble) și câteva zile libere. La creare, am încercat să reduc numărul de piese la minim, păstrând în același timp funcționalitatea minimă necesară unui osciloscop. La început am decis că s-a dovedit a fi un fel de dispozitiv dureros de frivol, cu toate acestea, acum îl folosesc în mod constant, pentru că s-a dovedit a fi foarte convenabil - nu ocupă spațiu pe masă, se potrivește cu ușurință în buzunar. (este de dimensiunea unui pachet de tigari) si are caracteristici destul de decente:

Rata maxima de esantionare - 6 MHz;
- Lățimea de bandă a amplificatorului de intrare - 0-16 MHz;
- Divizor de intrare - de la 0,01 V/div la 10 V/div;
- Rezistenta de intrare - 1 MOhm;
- Rezoluție - 8 biți.

schema circuitului osciloscopul este prezentat în figura 1.

Fig.1 Schema schematică a osciloscopului

Pentru diverse setări și depanare în orice convertoare de putere, circuite de control al aparatelor de uz casnic, pentru studierea tuturor tipurilor de dispozitive etc., unde nu sunt necesare măsurători precise și frecvențe înalte, dar trebuie doar să vă uitați la forma de undă cu o frecvență de, să zicem , până la câțiva megaherți - mai mult decât suficient.

Butonul S2 face parte din hardware-ul necesar pentru bootloader. Dacă îl țineți apăsat când conectați osciloscopul la USB, atunci PIC-ul va funcționa în modul bootloader și puteți actualiza firmware-ul osciloscopului folosind utilitarul corespunzător. Ca ADC (IC3), a fost folosit un microcircuit „de televiziune”, TDA8708A. Este destul de disponibil în tot felul de „Chip and Dip” ah și în alte locuri pentru obținerea pieselor. De fapt, acesta nu este doar un ADC pentru un semnal video, ci și un comutator de intrare, un egalizator și un limitator de nivel alb-negru etc. Dar toate aceste farmece nu sunt folosite în acest design. ADC-ul este foarte rapid - rata de eșantionare este de 30 MHz. În circuit, funcționează la o frecvență de ceas de 12 MHz - nu este nevoie de mai rapid, deoarece PIC18F2550 pur și simplu nu poate citi datele mai repede. Și cu cât frecvența este mai mare - cu atât este mai mare consumul ADC. În loc de TDA8708A, puteți utiliza orice alt ADC rapid cu ieșire de date în paralel, cum ar fi TDA8703 sau ceva de la Analog Devices.

Frecvența de ceas pentru ADC a fost extrasă cu viclenie din PIC "a - PWM a fost lansat acolo cu o frecvență de 12 MHz și un ciclu de lucru de 0,25. Pulsul de ceas cu polaritate pozitivă trece în ciclul PIC Q1", astfel încât orice acces la port B care apare în datele ciclului Q2 ADC va fi gata. Nucleul PIC funcționează la o frecvență de 48 MHz, recepționat printr-un PLL de la un cuarț de 4 MHz. Comanda de copiere din registru în registru durează 2 cicluri sau 8 cicluri. Astfel, datele ADC pot fi stocate în memorie la o frecvență maximă de 6 MHz folosind o secvență continuă MOVFF PORTB, comenzi POSTINC0 Pentru memoria tampon de date este utilizată o bancă RAM PIC18F2550 de 256 de octeți.

Ratele de eșantionare mai mici sunt implementate prin adăugarea unei întârzieri între instrucțiunile MOVFF. Firmware-ul implementează cea mai simplă sincronizare pe marginea negativă sau pozitivă a semnalului de intrare. Ciclul de colectare a datelor în buffer este pornit printr-o comandă de la PC prin USB, după care aceste date pot fi citite prin USB. Ca rezultat, PC-ul primește 256 de mostre pe 8 biți, care pot fi, de exemplu, afișate ca imagine. Circuitul de intrare este ușor de dezamăgit. Divizorul de tensiune de intrare fără bibelouri este realizat pe un comutator rotativ. Din păcate, nu a fost posibil să ne dăm seama cum să transferați poziția comutatorului la PIC, prin urmare, în fața grafică a osciloscopului, există doar valori ale tensiunii în unități relative - diviziuni de scară. Amplificatorul de semnal de intrare (IC2B) funcționează la un câștig de 10 ori, offset-ul zero necesar pentru ADC (acceptă un semnal în intervalul de la Vcc - 2.41V la Vcc - 1.41V) este furnizat de o tensiune de la PIC programabil generator de referință de tensiune (CVREF IC1, R7, R9) și un divizor de tensiunea de alimentare negativă (R6, R10, R8). pentru că a existat un amplificator „extra” (IC2A) în pachetul op-amp, l-am folosit ca urmăritor de tensiune de polarizare.

Nu uitați de circuitele capacitive pentru compensarea frecvenței capacității de intrare a amplificatorului operațional și diodele de limitare care nu sunt pe circuit - trebuie să selectați capacități în paralel cu rezistențele divizorului și rezistența R1, altfel răspunsul în frecvență al intrării. circuitul va distruge întreaga lățime de bandă. Cu curent continuu, totul este simplu - rezistența de intrare a amplificatorului operațional și a diodelor închise este cu ordine de mărime mai mare decât rezistența divizorului, astfel încât divizorul poate fi calculat pur și simplu fără a lua în considerare rezistența de intrare a amplificatorului operațional. . Pentru curentul alternativ, este diferit - capacitatea de intrare a amplificatorului operațional și a diodelor este o valoare semnificativă în comparație cu capacitatea divizorului. Din rezistența divizorului și capacitatea de intrare a amplificatorului operațional și a diodelor, se obține un filtru pasiv trece-jos, care distorsionează semnalul de intrare.

Pentru a neutraliza acest efect, trebuie să vă asigurați că capacitatea de intrare a amplificatorului operațional și a diodelor devine mult mai mică decât capacitatea divizorului. Acest lucru se poate realiza prin construirea unui divizor capacitiv paralel cu cel rezistiv. Este dificil să calculezi un astfel de divizor, deoarece atât capacitatea de intrare a circuitului, cât și capacitatea de montare sunt necunoscute. E mai ușor să-l ridici.

Metoda de selecție este:
1. Puneți un condensator cu o capacitate de aproximativ 1000 pF în paralel cu R18.
2. Selectați cea mai sensibilă limită, aplicați impulsuri dreptunghiulare cu o frecvență de 1 kHz și un interval de mai multe diviziuni ale scalei la intrare și selectați un condensator paralel cu R1, astfel încât dreptunghiurile de pe ecran să arate ca dreptunghiuri, fără vârfuri sau blocaje pe fronturi.
3. Repetați operația pentru fiecare limită următoare, selectând condensatori în paralel cu fiecare rezistor divizor în funcție de limită.
4. Repetați procesul de la început și asigurați-vă că totul este în ordine la toate limitele (poate apărea capacitatea condensatoarelor de montare) și, dacă ceva nu este în regulă, corectați ușor capacitățile.

Op-amp-ul în sine este un Analog Devices AD823. Cea mai scumpă parte a unui osciloscop. :) Dar, pe de altă parte, banda este de 16 MHz - ceea ce este destul de bun. Și în plus, acesta este primul dintre cei inteligenti care au venit în retail pentru bani sănătoși.

Desigur, acest amplificator operațional dual poate fi schimbat cu ceva asemănător cu LM2904 fără nicio modificare, dar apoi va trebui să vă limitați la semnalele din domeniul audio. Nu va trage mai mult de 20-30 kHz.

Ei bine, forma dreptunghiulară, de exemplu, semnalele vor fi ușor distorsionate. Dar dacă reușiți să găsiți ceva de genul OPA2350 (38 MHz), atunci va fi minunat, dimpotrivă.

Sursa tensiunii negative de alimentare pentru amplificatorul operațional se bazează pe binecunoscuta pompă de încărcare ICL7660. Legare minimă și fără inductanță. Curentul de ieșire de -5 V, desigur, este mic, dar nu avem nevoie de mult. Circuitele de putere ale părții analogice sunt izolate de interferența digitală prin inductanțe și capacități (L2, L3, C5, C6). Inductanțele au venit cu o valoare nominală de 180 uH, așa că le-am instalat. Nicio interferență de putere chiar și la cea mai sensibilă limită. Firmware-ul PIC este încărcat prin USB folosind un bootloader care se află de la adresa 0 din memoria programului și pornește dacă țineți apăsat butonul S2 când este pornit. Deci, înainte de a afișa PIC-ul - completați mai întâi bootloader-ul acolo - va fi mai ușor să schimbați firmware-ul.
Sursele driverului de osciloscop pentru nucleele 2.6.X sunt în arhiva cu firmware-ul. Există, de asemenea, un utilitar de consolă pentru verificarea performanței osciloscopului. Codul său sursă merită să vă uitați pentru a afla cum să comunicați cu un osciloscop dacă doriți să scrieți propriul software pentru acesta.
Programul de calculator este simplu și ascetic, aspectul său este prezentat în figurile 2 și 3. Conectați osciloscopul la USB și porniți qosciloscope. Necesită QT4.