режимы работы:

• осциллограф смешанных сигналов;
• генератор сигналов произвольной формы;
• 8-канальный логический анализатор;
• анализатор спектра;

возможность одновременной работы генератора и осциллографа;

графический OLED дисплей, размер 0.96"", разрешение 128×64 точки;

PDI интерфейс для программирования и отладки;

управление с помощью 4-кнопочной клавиатуры;

USB коннектор для питания устройства (в дальнейшем программная реализация USB интерфейса).

Спецификация измерительного прибора:

• осциллограф:
  • 2 аналоговых канала;
  • 8 цифровых каналов;
  • аналоговая полоса пропускания - 318 кГц;
  • максимальная скорость выборки - 2 Msps;
  • разрешение - 8 бит;
  • аналоговая синхронизация и внешняя цифровая синхронизация;
  • вертикальный и горизонтальный курсоры;
  • входное сопротивление - 1 МОм;
  • размер буфера для каждого канала - 256;
  • максимальное входное напряжение - ±10 В;
• генератор сигналов произвольной формы:
  • 1 аналоговый канал;
  • максимальная скорость конвертирования - 1 Msps;
  • аналоговая полоса пропускания - 66 кГц;
  • разрешение - 8 бит;
  • низкое выходное сопротивление;
  • размер буфера - 256;
  • максимальное выходное напряжение - ±2 В.

Принципиальная схема прибора

Входные аналоговые каналы осциллографа, выходной канал генератора сигналов - выполнены на JFET операционном усилителе TL064 с низким потреблением. На таком же операционном усилителе выполнен источник опорного напряжения для встроенного аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера.

Питание прибор получает от USB интерфейса, однако можно применить внешний источник напряжения 5 В, но следует быть внимательным и необходимо исключить возможность одновременного подключения внешнего источника и USB интерфейса. Напряжение питания микроконтроллера составляет 3.3 В, с этой целью установлен регулятор напряжения 3.3 В AP7333 . Также, напряжение 3.3 В необходимо для питания контроллера дисплея.

Для питания операционных усилителей требуется двуполярный источник напряжения + 5 В и -5 В. Для получения отрицательного напряжения -5 В установлен интегральный DC/DC преобразователь TPS60403 (charge pump).

Источником тактовой частоты для микроконтроллера является внешний кварцевый резонатор 16 МГц.

Управление, навигация по меню, настройка параметров осуществляются с помощью клавиатуры K1-K4.

Для программирования (а также для отладки ПО) микроконтроллера используется 2-проводный интерфейс PDI. Данный интерфейс поддерживает высокоскоростное программирование всех пространств энергонезависимой памяти, в т.ч. Flash-память, EEPOM, Fuse-биты, Lock-биты и сигнатурный код пользователя. Программирование осуществляется путем доступа к контроллеру энергонезависимой памяти (NVM-контроллер) и выполнения NVM-контроллером команд.

Внешний вид печатной платы

Демонстрация работы прибора

Технические характеристики:

Оцифровка аналогового сигнала:

Напряжение 0-3В

Дискретизация до 153.9кГц.

Генератор:

Частота 0-533.3кГц

Напряжение 3В

Ток до 15мА

Батарейка 1.5В

Описание:

Данный осциллограф может быть полезен при ремонте и настройке аудио аппаратуры, так как он имеет встроенный генератор, а частота дискретизации позволяет измерять сигналы практически во всём диапазоне звуковых частот.

Осциллограф имеет 2 канала: аналоговый и цифровой. Оба канала отображаются на дисплее в виде временной диаграммы, аналоговый канал - синим цветом, цифровой - жёлтым. Синхронизация может осуществляться от обоихканалов. Также есть возможность переключения цифрового канала на выход и выдачи частоты от 20Гц до 533кГц с любой скважностью сигнала.

Управление осуществляется с помощью одной кнопки, которая выбирает задаваемый параметр, и потенциометра, с помощью которого изменяется выбранный параметр.

Интерфейс и управление

Информация на дисплее имеет следующий вид:

На канал 1(аналоговый вход) подана частота 50гц. Канал 2 включен в режим генератора и генерирует частоту 30Гц со скважностью 50%.

U 100 - это уровень синхронизации. Параметр влияет только когда синхронизация идёт от канала 1 (аналоговый вход).

T 025 - это смещение синхронизации по времени. 25 - четверть экрана. Таким образом, передний фронт смещён от левого края дисплея на 25 отчётов. Всего отчётов 100.

048мс - период развёртки. Между 2мя зелёными вертикальными полосками будет 48мс.

Стрелочка слева от цифры 048 – курсор, он указывает на текущий выбранный параметр.

/1 показывает режим синхронизации. Сейчас выбран передний фронт канала 1.Также может быть выбран задний, передний фронт любого из каналов или отключена синхронизация (символ “NO”).

30 – это частота генератора. Может быть значение частоты или значение IN – это указывает на то что канал 2 будет входным и частота не выдаётся.

Следующий параметр 000 указывает на скважность импульса. Он не выбран, поэтому скважность установлена по умолчанию - 50%.

Для того чтобы установить соответствующее значение параметра, необходимо нажатием на кнопку установить крусор « » напротив необходимого параметра, после чего поворотом потенциометра установить необходимое значение.

Если выбранный параметр привёл к зависанию - такое бывает, если включена синхронизация, а сигнала для синхронизации нет. В этом случае программа ждёт входной сигнал и не опрашивает потенциометр. Для выхода из этого режима необходимо кнопкой установить курсор на нужный параметр и, удерживая её, изменить параметр на подходящий, при котором синхронизация возможна или выключена.

Схема осциллографа

Схема осциллографа составлена на основе контроллера ATTiny 43U . Данный контроллер имеет встроенный DC -DC преобразователь, который позволяет питать схему от одной батарейки. Я применял элемент ААА. Встроенный DC-DC преобразователь поднимает напряжение батарейки (0.7В – 1.8В) до напряжения 3В., и питание ядра контроллера (и портов) происходит от 3В.

В качестве дисплея выбран дисплей от сотового телефона NOKIA6100, так как он цветной, имеет достаточно приличное разрешение 132х132 точек, управляется по протоколу SPI (для экономии портов) и уже имеет встроенную подсветку. К тому же он очень дешевый.

Также в схеме применён ещё один DC -DC преобразователь на основе микросхемы MC34063, он нужен для питания подсветки дисплея, поскольку на подсветку должно приходить примерно 6В с копейками.

В особой настройке схема не нуждается.

Программная часть:

Программа осциллографа написана на ассемблере в AVR Studio .

При реализации программы я столкнулся со следующими нюансами:

Поскольку дисплей имеет последовательный интерфейс, причём SPI с передачей 9 бит (подробно протокол работы с дисплеем описан в более ранней статье про БП), не получается реализовать передачу данных аппаратно. Поэтому обновление дисплея занимает длительное время. Полностью закрашивание дисплея происходит примерно около секунды (это нас никак не устраивает), поэтому при выводе на дисплей осциллограммы затирание происходит по предыдущему контуру совместно с прорисовкой новых данных. Это позволило ускорить процесс прорисовки осциллограммы почти в 100 раз. ОЗУ как раз хватило для хранения 2х буферов оцифрованных данных.

Для уменьшения объёма хранимой информации в ОЗУ данные обоих каналов хранятся в одном буфере, то есть в одном байте буфера хранятся значения состояний обоих каналов. Биты от 0 по 6 - это данные АЦП (поскольку нас вполне устраивает 7 бит оцифрованных данных) и бит 7 - это состояние канала 2.

Также для улучшения отображаемой картинки в программе рассчитываются промежуточные точки. Расчёт происходит как среднее арифметическое двух соседних значений АЦП, то есть при выводе текущей точки происходит вывод ещё одной точки в этом же ряду. Таким образом, происходит дополнение картинки и заполнения промежутков между отчётами.

Для устранения дребезга потенциометра применён метод накопления значений, расчёт значения потенциометра происходит вот по такой формуле:

A п=A п-Ап/256+АЦП, где Ап – это накопленное значение.

Таким образом, происходит как бы усреднение 256 значений потенциометра..

Про АЦП

По даташиту на чип частота дискретизации АЦП составляет 15кГц с максимальным разрешением при тактовой примерно 200кГц. Но допускается тактирование АЦП до 1Мгц. При частоте 1Мгц частота дискретизации получается 76кГц. А делителями можно задать гораздо больше. В ходе экспериментов тактированием АЦП получилось, что оно вполне себе работает при частоте 2МГц. Если больше, то уже увеличивается цикл измерения, и период измерений начинает гулять. В программе при изменении частоты дискретизации тактовая АЦП меняется от 62кГц до 2Мгц.

Осциллограф это прибор, помогающий увидеть динамику колебаний. С его помощью можно диагностировать различные поломки и получать необходимые данные в радиоэлектронике. Раньше применялись осциллографы на транзисторных лампах. Это были весьма громоздкие приборы, которые подключались исключительно к встроенному или разработанному специально для них экрану.

Сегодня приборы для снятия основных частотных, амплитудных характеристик и формы сигнала представляют собой удобные портативные и компактнее устройства. Часто их выполняют как отдельную приставку, подключающуюся к компьютеру. Этот манёвр позволяет убрать из комплектации монитор, существенно снизив стоимость оборудования.

Как выглядит классический прибор можно увидеть, рассмотрев фото осциллографа в любой поисковой системе. В домашних условиях также можно смонтировать это устройство, используя недорогие радиодетали и корпуса с другого оборудования для более презентабельного вида.

Как можно получить осциллограф

Оборудование можно заполучить несколькими способами и все зависит исключительно от размера денежных средств, которые можно потратить на приобретение оборудования или деталей.

• Купить готовый прибор в специализированном магазине или заказать его по сети;
• Купить конструктор, например, широкой популярностью сейчас пользуются наборы радиодеталей, корпусов, которые продаются на китайских сайтах;
• Самостоятельно собрать полноценный портативный прибор;
• Смонтировать только приставку и щуп, а подключение организовать к персональному компьютеру.

Эти варианты приведены в порядке снижения затрат на оборудование. Покупка готового осциллографа будет стоить дороже всего, так как это уже доставленный и работающий блок со всеми необходимыми функциями и настройками, а в случае некорректной работы можно обратиться в центр продажи.

В конструктор входит схема простого осциллографа своими руками, а цена снижается за счет оплаты только себестоимости радиодеталей. В этой категории также необходимо различать более дорогие и простые по комплектации и функционалу модели.

Сборка прибора самому по имеющимся схемам и приобретенных в разных точках радиодеталях не всегда может оказаться дешевле, чем приобретение конструктора, поэтому необходимо предварительно оценивать стоимость затеи, ее оправданность.

Наиболее дешевым способом заполучить осциллограф станет спаять только приставку к нему. Для экрана использовать монитор компьютера, а программы для снятия и трансформации получаемых сигналов можно скачать с разных источников.

Конструктор осциллографа: модель DSO138

Китайские производители всегда славились умением создавать электронику для профессиональных потребностей с очень ограниченным функционалом и за довольно небольшие деньги.

С одной стороны такие приборы не способны полностью удовлетворить ряд потребностей человека, занимающегося радиоэлектроникой в профессиональном русле, однако начинающим и любителям таких «игрушек» будет более, чем достаточно.

Одной из популярных моделей китайского производства типа конструктор осциллографа считается DSO138. Прежде всего, у этого прибора невысокая стоимость, а поставляется он со всем комплектом необходимых деталей и инструкций, поэтому как правильно сделать осциллограф своими руками, используя имеющуюся в комплекте документацию вопросов возникать не должно.

Перед монтажом нужно ознакомиться с содержимым упаковки: плата, экран, щуп, все нужные радиодетали, инструкция для сборки и принципиальная схема.

Облегчает работу наличие практически на всех деталях и самой плате соответствующей маркировки, что действительно превращает процесс в собирание детского конструктора взрослым. На схемах и инструкции хорошо видно все нужные данные и можно разобраться, даже не владея иностранным языком.

На выходе должен получиться прибор с такими характеристиками:

• Напряжение на входе: DC 9V;
• Максимальное напряжение на входе: 50 Vpp (1:1 щуп)
• Потребляемый ток 120 мА;
• Полоса сигнала: 0-200KHz;
• Чувствительность: электронное смещение с опцией вертикальной регулировки 10 мВ / дел - 5В / Div (1 - 2 - 5);
• Дискретная частота: 1 Msps;
• Сопротивление на входе: 1 MОм;
• Временной интервал: 10 мкс / Div - 50s / Div (1 - 2 - 5);
• Точность замеров: 12 бит.

Пошаговая инструкция сборки конструктора DSO138

Следует рассмотреть более детально подробные инструкции для изготовления осциллографа данной марки, ведь аналогичным образом осуществляется сборка других моделей.

Стоит отметить, что в данной модели плата поставляется сразу с впаянным 32-битным на M3 ядре микроконтроллере марки Cortex™. Работает он два 12-битных входа с характеристикой 1 μs и работает в максимальном частотном диапазоне до 72 МГц. Наличие этого девайса уже вмонтированным несколько облегчает задачу.

Шаг 1. Удобнее всего начинать монтаж с smd компонентов. Нужно учитывать правила при работе с паяльником и платой: не перегревать, держать не дольше 2 с, не смыкать между собой разные детали и дорожки, пользоваться паяльной пастой и припоем.

Шаг 2. Припаять конденсаторы, дросселя и сопротивления: нужно вставлять указанную деталь в отведенное на плате для нее место, отрезаем лишнюю длину ножки и запаиваем на плате. Главное не перепутать полярность конденсаторов и не сомкнуть паяльником или припоем соседние дорожки.

Шаг 3. Монтируем оставшиеся детали: переключатели и разъемы, кнопки, светодиод, кварц. Особенное внимание следует уделить стороне диодов и транзисторов. Кварц имеет металл в своем строении, потому нужно обеспечить отсутствие прямого контакта его поверхности с дорожками платы или позаботиться о диэлектрической подкладке.

Шаг 4. 3 разъема припаиваются к плате дисплея. После завершения манипуляций с паяльником нужно плату промыть спиртом без вспомогательных средств – никаких ваток, дисков или салфеток.

Шаг 5. Просушить плату и проверить насколько качественно была проведена пайка. Прежде, чем подсоединить экран, нужно припаять две перемычки к плате. В этом пригодятся имеющиеся откушенные выводы деталей.

Шаг 6. Для проверки работы нужно включить прибор в сеть с током от 200 мА и напряжением 9 В.

Проверка заключается в снятии показателей с:

• Разъема 9 В;
• Контрольной точки 3,3 В.

Если все параметры соответствуют нужным значениям, нужно отключить прибор от питания и установить JP4 перемычку.

Ша г 7. В 3 имеющихся разъему нужно вставить дисплей. К входу нужно подключить щуп для осциллографа, своими руками провести включение питания.

Результатом правильной установки и сборки станет появление на дисплее его номера, типа прошивки, ее версии и сайта разработчика. Спустя несколько секунд можно будет наблюдать синусоидные волны и шкалу при выключенном щупе.

Приставка для компьютера

При сборке этого простого прибора понадобится минимальное количество деталей, знаний и навыков. Принципиальная схема очень простая, разве, что нужно будет изготовить самому плату для сборки прибора.

Размеры приставки к осциллографу своими руками будет примерно как коробок для спичек или немножко больше, поэтому лучше всего использовать такого размера пластиковую емкость или бокс от батареек.

Поместив в него собранный прибор с готовыми выходами, можно приступать к организации работы с монитором компьютера. Для этого следует скачать программы «Осциллограф» и «Soundcard Oscilloscope». Можно протестировать их работу и выбрать ту, что понравилась больше.

Подключенный микрофон также сможет ретранслировать на подключенный осциллятор звуковые волны, программа будет отражать изменения. Подключается такая приставка к микрофонному или линейному входу и не требует никаких дополнительных драйверов.

Фото осциллографов своими руками

Есть такой замечательный USB осциллограф китайской фирмы Instrustar с маркировкой ISDS205A. Он привлекателен в первую очередь своим софтом, он очень удобен и функционален как для USB осциллографа, ну и конечно же характеристиками, которые очень даже не плохие учитывая цену осциллографа. На Aliexpress она составляет около 55$ за весь комплект. Поэтому если не уверены в своих силах повторить прибор, то целесообразнее будет приобрести готовый прибор. Тем более разница в цене не такая и большая. Вообще вся эта затея по повторению, исключительно из спортивного интереса. Одно из отличий это то что в авторском варианте питание реле осуществляется от +5В, которые выходят из преобразователя, тем самым нагружая последний и перекашивает напряжения. В нашем случае питание реле будет осуществляться от отдельного стабилизатора, и преобразователь также будет другой. Ниже приведена схема Instrustar ISDS 205A (модифицированная).

В аналоговой части отрисован лишь один канал, второй такой же. Осциллограф построен на базе процессора CY7C68013A , и двухканальной микросхеме АЦП AD9288-40BRSZ. Все полученные данные процессор передает по USB на компьютер, поэтому его работа очень сильно зависит от производительности компьютера. На старых машинах, вероятнее всего, этот осциллограф корректно работать не будет.

Особенности сборки

Печатная плата прикреплена внизу в архиве. Плата на которой я изготавливал осциллограф содержит небольшую ошибку в разводке, поэтому некорректно управляет реле. Пришлось применить инвертор (на фото видно микросхема расположена выводами вверх и распаяна на проводках).

Плата довольно сложная, двухсторонняя и с металлизацией, поэтому ее изготовление советую Реле, который применены во входной части типа TX-4.5. Напряжение срабатывания должно быть не более 3,3 вольт. Операционные усилители AD8065 очень боятся перегрева и статики. Еще очень легко нарваться на подделку. Поэтому рекомендую паять их хорошо заземленным паяльником с регулировкой температуры, и стараться не перегревать, запаивать в одно касание. До запайки ОУ рекомендую изготовить DC-DC преобразователь и впаять его.
Это нужно для контроля работоспособности ОУ. После установки первого, подаем питание и контролируем напряжение на входе и выходе. У нормального ОУ должно быть 0 вольт на входе и выходе. Ну и теперь про сам DC — DC. Он делает из 5 вольт +5 и -5 Вольт. Его схема и плата также есть в архиве. Там самое сложное — намотать транс. Нужно обязательно соблюдать полярность намотки и ничего не напутать.

Можно также приобрести готовый DC-DC, при этом немного возрастает уровень шумов осциллографа. После сборки нужно прошить микросхему Eeprom. Для этого устанавливаем перемычку на плате, подключаем по USB к компьютеру, запускаем программу Cypress Suite, заходим в EZ Console, нажимаем кнопку LGeeprom, выбираем файл прошивки из архива (расширение.iic), и прошивка загружается. Подробнее о прошивке можно почитать в . Корпус применен стандартный с маркировкой BIS-M1-BOX-100-01BL. Размер корпуса — 100*78*27 мм. Идеально подходит для платы с архива. Ниже фото самого корпуса и процесса сборки.