Usb осциллограф своими руками схема самая новая версия
Обновлено: 04.07.2024
Все чаще и чаще используются приборы подключаемые к компьютеру по USB. Часто они бывают дешевле и функциональнее обычных приборов. В этой статье описано создание USB осциллографа с максимальной частотой 10 кГц при входном напряжении ± 16В. Он гораздо лучше других подключаемых к компьютеру осциллографов. Имеет гораздо больше возможностей, чем ПК-осциллографы. В качестве основы использован микроконтроллер PIC18F2550. Питание берётся непосредственно с USB порта, что делает осциллограф компактнее.
Описание схемы
В основе этого USB 2.0 осциллографа лежит микроконтроллер PIC18F2550. Вы можете использовать PIC18F2445 вместо PIC18F2550.
Характеристики PIC18F2550:
1. 32 Кб флэш-памяти, 2 Кб оперативной памяти и 256 байт EEPROM
2. Расширенный набор команд (оптимизированный для «С»)
3. 8x8 однотактный умножитель
4. Простая прошивка и отладка
5. USB 1.1 и 2.0 от 1,5 Мб/с до 12 Мб/с
6. Несколько режимов передачи по USB
7. 1 Кбайт доступной RAM с 32 конечными точками (64 байт каждая)
8. Работа с частотой от внутреннего генератора от 31 кГц и до 48 МГц с внешним кварцем.
9. Возможность программного переключения между «быстрым», «нормальным» и спящим режимами. В спящем режиме, ток потребления 0,1 мкА.
10. Широкий диапазон рабочих напряжений (от 2,0 В до 5,5 В).
11. Несколько портов ввода/вывода (I / O), четыре таймера с возможностью захвата /сравнения.
12. Синхронные и асинхронные модули расширения
13. Потоковый параллельный порт
14. 10-разрядный АЦП с 13-канальным мультиплексором.
На рисунке выше показана схема двухканального USB осциллографа. MCP6S91 является аналоговым усилителем с программируемым коэффициентом усиления. Он хорошо подходит для использования в АЦП и подачи сигнала на аналоговый вход микроконтроллера. Два программируемых усилителя (IC4 и IC5) позволяют выбрать входной диапазон для каждого из двух каналов, изменяя его от 1:1 до 32:1. Усилители небольшие, дешевые и простые в использовании. Простой трехпроводной последовательный интерфейс SPI позволяет микроконтроллеру управлять ими через выводы 5, 6 и 7.
MCP6S91 разработан с использование КМОП устройств ввода. Он не инвертирует выходной сигнал, когда входное напряжение превышает напряжение питания. Максимальное входное напряжение этого усилителя от -0.3V (VSS) до +0,3 В (VDD). Повышенное входное напряжение может вызвать чрезмерный ток из входных контактов. Ток более ± 2 мА может привести к поломке микросхемы. При подаче большего тока на входе должен быть токоограничительный резистор. Напряжение на выводе 3, который является аналоговым входом, должно быть между VSS и VDD. Напряжение на этом выводе меняет выходное напряжение. Выводы SPI интерфейса это выбор кристалла (CS), последовательный вход (SI) и последовательная частота (SCK). Выходы КМОП это триггер Шмитта.
Единственным недостатком является то, что эти усилители принимают только положительные сигналы. Вот почему используется напряжение сдвига усилителей LF353 (IC2A и IC3A). LF353 является операционным усилителем с внутренней компенсацией смещения входного напряжения. Этот ОУ имеет широкую полосу пропускания, низкий входной ток. Напряжение сдвига усилителя приводит к высокому входному сопротивлению и коэффициенту уменьшения 1:4.5. ± 16В входного сигнала переходят в 0-5В диапазон.
LF353 (IC2B и IC3B) используются для обеспечения напряжения смещения (Vref) для программируемых усилителей. Это напряжение должно быть точно отрегулировано двумя 4,7 кОм потенциометрами. На входах IC2 и IC3 должно быть 2.5В, когда вход на GND.
LF353 нужны одинаковые напряжения питания, поэтому используется маленький DC-DC преобразователь напряжения ICL7660 (IC1). Ему необходимо лишь два электролитических конденсатора. ICL7660 можно заменить MAX1044.
Последовательная шина
Все данные передаются на D + / D- симметричные входы с переменной скоростью. Положение резистора (R13) на D + или D- позволяет регулировать скорость от 12Мбит до 1.5Мбит. Обратите внимание, что PIC18F2550/2455 имеют встроенные подтягивающие резисторы. Использование UPUEN (UCFG = 4) позволяет использовать их. В этом проекте R13 не используется. Внешние подтягивающие резисторы также могут быть использованы. Сопротивление резистора должно быть в 1,5 Ком (± 5%) в соответствии с требованиями USB.
Программа микроконтроллера
Установка драйвера
1. Если все в порядке, подключите осциллограф с помощью кабеля USB к компьютеру (с операционной системой Windows 98SE и выше). Должно появится диалоговое окно "Обнаружено новое устройство"
ПРИМЕЧАНИЕ: Драйвер для этого осциллографа не работает на Windows 7 или Vista.
2. Теперь вы можете запустить установку драйвера. Для загрузки драйвера , нажмите здесь. Не позволяйте Windows установить стандартный драйвер.
3.Когда вы всё сделали, перейдите в "Диспетчере устройств" и убедитесь, что 'USB2-MiniOscilloscope" распознается. Если его там нет, повторите шаги 1 и 2.
Пользовательский интерфейс программы
Пользовательский интерфейс программы написан на Visual Basic 6 и называется OscilloPIC. Нажмите для закачки.
Программа выглядит как маленький цифровой осциллограф, что показано на скриншоте выше. Различные настройки в строке меню:
1. Inputs: выбор активных каналов
2. Sampling: настройка частоты снятия показаний
3. Trigger: настраивает синхронизацию
4. Cursors: выбор горизонтальной или вертикальной позиции сигнала
5. Num: показывает дискретные значений в формате текстового файла
6. Config: настройка усиления и смещения
Тесты и калибровка
Первый шаг заключается в корректировке смещения. Подсоедините два аналоговых входа на GND и подстройте два 4,7 кОм потенциометра, пока на выводе 2 обоих MCP6S21 не будет 2,5В. Более точная настройка может быть достигнута за счет OscilloPIC. Выберите наименьшее значение калибровки в пределах ± 0,5 для обоих входов.
Команда «калибровка нуля» сообщает ПИК о необходимости начать свою собственную внутреннюю компенсацию для всех калибровок. Не забудьте подключить входы на землю.
Второй параметр требующий настройки - это ошибки усиления. Нажав кнопку "калибровка усиления", можно указать небольшой поправочный коэффициент. Это можно сделать после нескольких измерений. Вы должны знать реальные параметры сигнала и добиться от осциллографа аналогичных показаний. Погрешность усиления составляет менее 0,1 процента. Для двух каналов минимальная выборка составляет 10мкс.
Сборка
Макет схемы собранный на макетной плате
Размер печатной платы осциллографа можно оценить на фотографии. Поскольку схема довольно проста, сборка не должна вызвать затруднений.
Рекомендуется использовать панельки для монтажа IC1 и IC7 на печатной плате для возможности их замены в случае поломки. USB-разъем (CON1) должен быть прочно припаян и зафиксирован на плате.
Для подачи входного сигнала могут быть использованы BNC разъёмы. Разъёмы для них могут быть установлены на передней панели. Осциллограф может быть улучшен путем замены PIC и АЦП на более быстрые модели, например на AD9238 (20 MS/с). Это быстрый параллельный АЦП можно использовать вместе с DSP PIC.
ПРИМЕЧАНИЕ: Плата оптимизирована для изготовления в домашних условиях(дорожки специально сделаны толстыми). Если вы можете сделать более тонкие дорожки, вы можете уменьшить их толщину.
Устройство с дисплеем на базе электронно-лучевой трубки, предназначенное для изучения параметров времени и амплитуды электрического сигнала, называется осциллографом. Подача сигнала осуществляется на вход устройства, результат записывается на фотоленту или выводится на экран. Оно возглавляет топ самых необходимых приборов, используемых для настройки и регулировки электронных схем.
Осциллограф и его функции
Это электронный прибор, на экране которого наблюдают за формой сигнала. В процессе работы доступен ряд опций:
- фиксирование мгновенных характеристик;
- аналогия фазовых смещений и форм сигналов с иными импульсами;
- контроль и мониторинг синусоидальных, треугольных и прямоугольных колебаний;
- развёртка импульса для измерения времени нарастания.
Проще говоря, это телевизионный приёмник, где отслеживается электросигнал визуально. Зная принципы работы и схему устройства, собирают осциллограф своими руками.
Классифицировать приборы возможно по следующим показателям:
- особенности работы и предназначение;
- количество сигналов, просматриваемых разом;
- способ обработки информации;
- вид воспроизводящего устройства.
По особенности работы подразделяются на модели: скоростные, стробоскопические, универсальные, запоминающие и специальные. Количество одновременно подающихся сигналов – один, два и более.
Важно! Многоканальные n-осциллографы высвечивают на экран n-графиков, считывая показания с n-го количества сигнальных входов.
Аналоговые и цифровые устройства делят между собой методы обрабатывания полученной информации. Узлы отображения сигналов представлены электронно-лучевыми трубками «ЭЛТ» или матричными панелями.
Схема простого осциллографа
Чтобы понять, как устроен прибор, изучают стандартную блок-схему.
В формировании сигнала на экране участвуют два вида отклонения луча: по вертикали и горизонтали. Пользуясь системой координат, эти развёртки обозначили как: Y и Х.
В блоке развёртки по вертикали выполняется обработка сигнала, подающегося в канал через аттенюатор. Он ступенчато регулирует амплитуду исследуемых величин, не допуская превышения должного уровня. Это удерживает изображение в границах дисплея.
Для синхронизации работы узла задающего генератора Х – отклонения с канала вертикальной развёртки на него подаётся сигнал. По умолчанию канал Y работает в открытом режиме. Отклонение луча по вертикали в этом случае в точности совпадает с уровнем сигнала. Помеха постоянной составляющей, при её наличии, будет смещать картинку или же загонять за границы дисплея. Это сильно мешает работе и требует постоянной подстройки ступенчатого регулятора.
Использование режима закрытого входа помогает этого избежать. Закрытый видеовход подразумевает включение конденсатора между ним и схемой. Конденсатор играет роль ёмкостного фильтра для постоянной составляющей входного сигнала.
Канал горизонтальной развёртки (X) подсоединяется к генератору. Тот выдаёт команды для отклонения луча ЭЛТ по горизонтали и действует в четырёх позициях:
- Режим внутренней синхронизации. Применяется для обработки сигнала, имеющего постоянную частоту. Возможна работа в режиме автоколебаний, где частота выставляется вручную. Выполняются захват частоты сразу после входа и повышение стабильности картинки.
- Режим внешней синхронизации, когда выполняется пуск генератора от входящего импульса. Актуален, когда синхронизация осуществляется от входа Y, по которому подаётся испытуемый сигнал. Команда запуска выполняется по фронту или спаду всплеска, а также по команде источника внешних пульсаций. Такой регламент работы удобен для рассмотрения нестабильных колебаний.
- Обеспечение синхронизации от сети питания 220 В, 50 Гц. Используется при определении искажений и помех от источников питания. Запуск блока происходит одновременно с импульсами напряжения сети.
- Однократный ручной пуск применим для слежения за сигналами логических схем непериодической природы. Чтобы снова включить генератор, его опять «взводят».
К сведению. Окончательное формирование уровней сигналов двух развёрток выполняют оконечные усилители.
Одноканальная модель
Такой прибор имеет один вход – один луч. Структурное строение показано на рис. выше. В состав схемы входят:
- экран – ЭЛТ;
- блок Y-развёртки: аттенюатор, предварительный усилитель, цепь задержки, начальное усиление синхронизации и оконечный усилитель выхода;
- блок Х-развёртки: устройство синхронизации, узел развёртки, выходной усилитель;
- схема усиления подсветки;
- калибратор;
- сетевой блок питания.
В таком приборе сигнал мониторинга подаётся на один вход и отображается движением луча на экране. Этого хватает для проведения измерений ряда параметров.
Двухканальные устройства
Когда требуется сравнить два вида сигнала, применяют такие приборы. Выделяют две разновидности:
- Двухканальные – для наблюдения импульсов с идентичных Y-каналов. Переключая тумблером, поочерёдно подают выходные сигналы на пластины ЭЛТ. Наблюдают отдельно каждый сигнал входов Y1-Y2 или совместно. Второй – при каждом обратном ходе развёртки.
- Двухлучевые – у них в наличии два отдельных Y-канала и двухлучевое исполнение ЭЛТ. У такого прибора совместный запуск генератора горизонтальной развёртки, включение вертикальной развёртки происходит для каждого канала отдельно. Это разрешает видеть 2 осциллограммы одновременно.
Многоканальные модификации
Современные аппараты выполняют мониторинг импульсов по нескольким каналам. Различают входы: аналоговые, цифровые или смешанные. Модели со смешанными каналами обрабатывают оба вида сигнала с выводом картинки на монитор.
Сборка устройства на 5 В
Полноценный цифровой прибор этой линейки без собственного дисплея называется USB oscilloscope. Продаются наборы комплектующих материалов для изучения работы с подобными устройствами. В комплект входят:
- прибор;
- кабель питания юсб;
- 2 щупа с «крокодилами»;
- программный продукт на диске.
Подключается к ПК через шнур USB. Собранный из набора измеритель подойдёт для приобретения начальных навыков. В самодельных схемах такая приставка собирается на микросхеме ММР20.
Осциллографы на 10 В
В схемах с подобным напряжением применяются резисторы закрытого типа и стабилитрон. Их параметры чувствительности по вертикали подбираются до 2 мВ. При расчёте полосы пропускания максимальное сопротивление устройства согласовывается с ёмкостью проводных конденсаторов. Диоды подбирают с напряжением 2 В, резисторы желательно выбирать полевые. Выбор диодов на такое напряжение позволит снизить частоту дискретизации до минимума и увеличить скорость передачи. Из-за быстрой развёртки данных предельная частота резко падает. Использование стабилитрона или делителя, выполненного из модулятора, поможет решить эту проблему.
Как сделать модель на 15 В
При сборке используют линейные резисторы, сопротивление которых на уровне предела – 5 Мом. Это разрешает стабилитрону работать в щадящем режиме. При выборе конденсаторов предварительно тестером измеряется пороговое напряжение.
Внимание! Полученные результаты тестирования, при использовании для прибора настроечных резисторов, бывают неточными. Использовать подобает линейные резисторы.
При сборке не забывают смонтировать порт, присоединяемый через щуп к микросхеме, при этом через шину подключают делитель. Использование вакуумных диодов в сборке позволит контролировать уровень амплитуды колебаний.
Использование резисторов серии ППР1
Приборы, в состав которых входят элементы этой линейки, весьма популярны. Благодаря высокой чувствительности, применяются для мониторинга электроаппаратуры. Для создания этого измерителя потребуются ЭЛТ, импульсный модулятор, выпрямитель и контакторы с обкладками. Установка кенотрона оправдана точностью полученных показаний. Устройство оперативного типа требует установки контроллера.
Величина сопротивления не выше 34 Ома, а проводимость сигнала с коэффициентом 4,2-4,5 Ом. Через модулятор низкой проводимости выполняют подключение USB-порта. Спектральные расширители для схемы берутся импульсного типа.
Важно! Необходимо организовать стабилизацию напряжения, расширитель закрепить рядом с компаратором, который уменьшит тепловые потери.
Модели с резисторами ППР3
Выполнить сборку схемы с этими резисторами допустимо с применением сеточных конденсаторов. Сопротивление ёмкостной цепи Rц возможно до 4 Ом. В сборку на микросхеме ММР20 устанавливают не менее 3 шт. Важно делать проверку проводимости ППР3 до включения схемы.
Устройства с подавлением колебаний
Определение зашумленности сигнала и подавление выполняет отдельный узел. Схемы, включающие в себе такой блок, имеют значения предельной частоты не выше 4 Гц. В этом случае используются аналоговые диоды и микросборки сеточного типа.
Сборка карманного осциллографа на основе «андроида»
Если частота, подлежащая измерениям, лежит в диапазоне 20 кГц (звук слышимости ухом), то используют наушники с микрофоном. Чтобы собрать новый прибор на основе ОС «Андроид», можно обойтись без дополнительных узлов. Из гарнитуры берётся разъём 3,5 мм. К микрофонным контактам припаиваются щупы. Между ними и штекером вставляется коммутатор пределов измерения. Скачивают на телефон приложение «Осциллограф». Сигнал, поступающий на вход микрофона, будет отображаться на экране.
Плюсы и минусы «андроидной» сборки
Недостатков в таком методе больше, чем плюсов. Минусы:
- не даёт точности измерений;
- разрешает мерить только высокочастотные сигналы;
- нельзя померить переходные процессы при постоянном напряжении;
- подвергается опасности вход гаджета.
Плюсов мало:
- 20 минут времени на монтаж;
- сборка несложная.
Трудно назвать эту приставку хорошим измерительным прибором.
Сборка осциллографа из планшета
Смонтировать осциллограф из ноутбука или планшета возможно с помощью приставки Hantek-6022BE-2-20-USB-PC. Планшет используется как монитор. Управление измерениями командой – с экрана или «мышкой».
Программное обеспечение для осциллографа на планшете и андроиде
Если usb осциллограф из звуковой карты изготовлен своими руками, скачивается ПО. Программу качают на «Плей Маркете» или других аналогичных сайтах для скачивания приложений. Подобные программы позволяют не только добиться точности измерений для планшета, но и выполнять нужную калибровку сигнала.
Широкодиапазонная частота с помощью отдельного гаджета
Расширить частотный диапазон позволит применение отдельного устройства. Оно включает в себя преобразователь аналога в цифру. Дальнейшая подача импульсов происходит в цифровом формате. Точность измерений повышается. Выпускается в виде портативного прибора с дисплеем.
Осциллограф из планшета на «Андроид»
При приобретении приставки-осциллографа выбирается ОС не «виндовс», а «андроид». Приставка должна поддерживать опции:
- вluetooth-канал;
- передача данных с помощью Wi-Fi.
Это позволит обойтись без контактной привязки гаджета с приставкой.
Bluetooth-канал
У подключения через Bluetooth присутствуют ограничения:
- у тестируемой частоты граница – 1 МГц;
- U щупа = 10 В;
- зона покрытия – 10 м.
Это ограничивает ресурс при применении подключений такого типа.
Передача данных с помощью Wi-Fi
Подключить осциллограф из планшета фирмы Linux или иного производителя допустимо посредством беспроводной сети – wi fi канала. Пакет измерений выдаётся на планшет без промедления и для неограниченного количества участников проекта. Наличие опции записи позволяет работать с информацией в версиях офлайн и онлайн. Дальность соединения выше, чем у Bluetooth.
USB осциллограф своими руками схема
Используя источник 5 В и подключение через шнур usb, можно самостоятельно собрать такую схему.
Создание подобных приборов самостоятельно оправдано при измерениях, не требующих точных результатов. Подход к решению вопроса – это использование уже готовой полноценной приставки.
Осциллограф на PIC18F2550 своими руками — схема, инструкция по сборке
Осциллограф на PIC18F2550 измеряет среднее, максимальное, минимальное, пиковое напряжения и пересечение нулевого уровня. Осциллограф имеет встроенную функцию триггера, который может быть использован для остановки сигнала для его детального изучения. Масштаб времени для отображения может быть легко изменён функцией changeTimeDivision.
Осциллограф измеряет напряжение в пределах 0–5В, 0–2.5В и 0–1,25. Основным недостатком этого осциллографа является низкая частота дискретизации (
60 кГц), а также тот факт, что входы ограничены ограничениями АЦП микроконтроллера. Тем не менее, это очень хороший прибор и первым мы рассмотрим именно его схему.
Схема осциллографа на PIC18F2550
Исходники и прошивку можно будет скачать ниже. Теперь давайте детальнее остановимся на каждом блоке схемы.
Напряжение поступает с 9-вольтовой батареи на интегральный стабилизатор напряжения TC1262-5.0V для обеспечения стабильных 5В для питания микроконтроллера и дисплея. На выходе стоит 1мкФ конденсатор.
Графический ЖК дисплей AGM1264F с разрешением 128х64 пикселей оснащен встроенными контроллером KS0108. Он имеет светодиодную подсветку и генератор отрицательного напряжения для управления.
Аналоговый вход
Вывод A0 настроен на аналоговый вход. Обратите внимание, что сопротивление источника сигнала влияет на напряжение смещения на аналоговом входе. Максимально рекомендованное сопротивление составляет 2.5 кОм.
Микроконтроллер
Микроконтроллер PIC18F2550 работает на частоте 48 МГц от внутреннего генератора. R1 представляет собой нагрузочный резистор, необходимый для работы. C1 является стабилизирующим конденсатором. Компонент пометкой «RES» является 20 MHz резонатором.
RS232 конвертер
Выводы USART должны быть подсоединены к RS-232 конвертеру для подключения к ПК для обновления прошивки. После этого он может быть отключен.
Необходимые детали для сборки осциллографа на PIC18F2550 и прошивка
Видео, как работает осциллограф на PIC18F2550:
Цифровой осциллограф RS232 для ПК
Рассмотрим простое решение для создания цифрового компьютерного осциллографа. Устройство построено на базе восьмиразрядного процессора PIC12F675.
Схема цифрового осциллографа для компьютера
Ниже представлена структурная схема осциллографа:
Процессор работает на частоте 20 МГц. Микроконтроллер непрерывно измеряет входное напряжение, преобразовывает его и отправляет цифровое значение на последовательный порт компьютера. Скорость передачи данных последовательного порта — 115кБит и, как показано на следующем рисунке, данные сканируются и отправляются с частотой около 7,5 кГц (134 мкс).
Вот принципиальная схема самого цифрового осциллографа:
Основа схемы — микроконтроллер PIC12F675 (микросхема U2), который работает с тактовой частотой 20 МГц кристалла Y1. J1 — стандартный разъем для подключения питания в 9–12 В, которое затем стабилизируется на U1 до 5 В для питания процессора.
При необходимости можно добавить дополнительные входной аттенюатор (сплиттер), или ОУ.
Необходимые радиоэлементы
Программное обеспечение
Для управления на Windows доступна простая программа на Visual Basic. Её можно скачать в архиве ниже.
Программа запускается сразу и ожидает появления данных на последовательном порте COM1. Слева — четыре ползунка, используемые для измерения периода и напряжения сигнала. Затем идут вкл/выкл синхронизации, поля для масштабирования или изменения значений размера выборки.
Монтаж
При сборке можно не делать печатную плату, а смонтировать все в небольшой пластиковой коробке навесным монтажом. Корпус должен иметь отверстия для разъема RS232 переключателя, входного гнезда и гнезда питания.
Прошивку для процессора можно скачать в конце статьи. Биты конфигурации (fuse) в процессе программирования должны быть установлены следующим образом:
Вот фото готового прототипа цифрового осциллографа:
Ниже вы можете скачать исходник, прошивку и ПО для Windows.
Осциллограф своими руками на AVR — инструкция по сборке, характеристики
Характеристики осциллографа на AVR:
- Частота измерения: 10 Гц–7.7 кГц.
- Макс. входное напряжение: 24В AC/30В DC.
- Напряжение питания: 12В DC.
- Разрешение экрана: 128x64 пикселей.
- Область экрана осциллограммы: 100x64 пикселей.
- Информационная область экрана: 28x64 пикселей.
- Режим триггера: автоматический.
При измерении прямоугольного сигнала, максимальная частота, при которой можно увидеть хорошую осциллограмму составляет около 5 кГц. Для других форм сигналов (синусоида или треугольный сигнал) максимальная частота составляет около 1 кГц.
Схема осциллографа на AVR
Принципиальная схема AVR-осциллографа приведена ниже:
Напряжение питания схемы составляет 12 вольт постоянного тока. Из этого напряжения, в дальнейшем получается еще 2 напряжения: +8.2В для IC1 и +5В — для IC2, IC3.
Необходимые радиоэлементы
Прошивка ATmega32 и настройка
Файл прошивки: AVR_oscilloscope.hex, можно будет скачать ниже. При выборе фьюзов необходимо указать использование внешнего кварца. После этого необходимо обязательно отключить JTAG интерфейс. Если этого не сделать, то на осциллографе будет отображаться экран инициализации, а после он будет уходить в перезагрузку.
Для настройки прибора нужно выполнить всего 2 вещи: настроить контрастность LCD при помощи подстроечного резистора Р2 и выставить центр осциллограммы при помощи подстроечного резистора Р1.
Использование
Вы можете перемещать луч осциллограммы вверх или вниз путем нажатия кнопок S8 и S4. Один квадрат на экране, соответствует 1В.
При помощи кнопок S7 и S3 можно увеличивать или уменьшать частоту измерений. Минимальная частота формы сигнала, которая может быть отображена на LCD составляет 460 Гц. Если необходимо посмотреть сигнал с более низкой частотой, например, 30 Гц, то необходимо нажать S7 для сжатия осциллограммы или S3 — для растяжения.
В осциллографе используется автоматический режим триггера. Это означает, что если входной сигнал повторяющийся (к примеру треугольник) то триггер работает хорошо. Но если форма сигнала постоянно меняется (к примеру какая-то последовательность данных), то для фиксации изображения необходимо нажать кнопку S6. Повторное нажатие S6 возвращает в нормальный режим.
Фото готового AVR осциллографа:
Видео работы осциллографа на AVR:
Вот потребовался мне автомобильный осциллограф, посмотрел цены, удивился… Цены как на крыло самолета. Кстати, не понятно почему, ведь параметры осциллографа для тестирования авто крайне низки, как по частотам так и по напряжению. По сему решил сам себе сделать.
1. Вид осциллографа – USB приставка к ноутбуку, ибо на большом экране смотреть удобно, можно сохранять для последующего анализа ну и т.д. и т.п.
2. Тип сигнала – Переменный, Постоянный, Положительная полярность. Работа с отрицательными напряжениями не нужна.
3. Кол-во каналов – 4, больше смысла не вижу, но с возможностью расширения до 8.
4. Максимальное входное напряжение — вольт 50, выше смысла нет.
5. Чувствительность — 1 милливольт, больше тоже не надо :-)
6. Частота — до 20Кгц, для миллисекундных сигналов за глаза хватит, а других там нет :-)
7. Удобная программная оболочка.
Начну с самого важного – Оболочки для автомобильного осциллографа. Да да, именно с оболочки. Ибо железо не сложно любое сделать, а вот удобная оболочка это реальный дефицит. Оболочки которые просто тупо показывают сигнал в реальном времени для автомобильного осциллографа крайне не удобны, ибо часто нужно анализировать сигнал продолжительное время и иметь возможность «отмотать» назад. По сему нужна оболочка типа Самописец-Осциллограф. И что б каналов было не менее 4х…
Вот она какая, на мой взгляд, самая лучшая. Это не реклама, это факт :-) ИМХО конечно.
Ну вот, с софтом определился, теперь надо определится с интерфейсом, не буду грузить вас своими муками выбора, я остановился на СОМ порте. С ним работать просто, пропускной способности для поставленных задач с избытком, в выбранном софте есть драйвер вывода информации с СОМ пора.
Теперь железо, а точнее что использовать в роли АЦП. Железо должно быть доступное, стабильное, не дорогое и легко программироваться. Долго не думал, остановился на микроконтроллере АТмега 328р. Программируются эти микроконтроллеры банально на С++, точнее на упрощенном С++.
Очень удобно то что этот микроконтроллер можно купить уже распаянным на плате с минимально нужной обвязкой., Ардуино сее называется :-) То есть не надо самому плату разводить и паять, удобно. Всем параметрам, из моего ТЗ, АТмега 328р отвечает полностью, по сему использовать буду ее.
Для миниатюризации я вот такую взял. Она имеет 8 аналоговых входов, отвечающих всем требованиям ТЗ, имеет на борту эмулятор СОМ порта на СН340, питание берет напрямую с USB порта. В общем то что нужно. Ардуинку можно любую использовать на 328р
Вот схема этой платы. На ней стоит сам микроконтроллер АТмега 328р, банальный эмулятор СОМ порта на СН340, кварц и стабилизатор питания на ЛМке для запитки от внешнего источника, если надо, вот и все, ну пара лампочек и фильтров не в счет :-) То есть все то что нам нужно и ничего лишнего! Не зря говорят — Совершенство в простоте.
Теперь надо написать программку для микроконтроллера. Нам нужно что б постоянно опрашивался аналоговый вход и данные о величине напряжения постоянно, онлайн так сказать, шли в СОМ порт. Если каналов несколько, то опрашиваются по кругу все нужные входы и данные идут на СОМ порт с разделителем табуляция. Вот так все просто.
Вот скриншот того что должен выдавать микроконтроллер в СОМ порт для нашей программы PowerGraph.
Осциллограф у меня будет работать в 4х режимах — 1канал, 2канала, 3канала и 4 канала.
Переключение между каналами будет осуществляться по кругу нажатием на кнопку.
При включении канала будет загораться светодиод индикации работы канала.
Вот написал программку. Сам я не программист, по сему написал как смог, сильно не критикуйте, расстроюсь :-) Программа полностью рабочая и проверена не однократно в деле. Как заливать программу в плату рассказывать не буду, в инете на каждом углу это с картинками рассказано :-)
Вот сама программа.
int regim=1;
int flag=0;
void setup()
digitalWrite(07, HIGH);
Serial.begin(128000);//скорость СОМ порта должна совпатать со скорость в драйвере
pinMode(2, OUTPUT);
pinMode(3, OUTPUT);
pinMode(4, OUTPUT);
pinMode(5, OUTPUT);
>
void loop()
if(digitalRead(07)==HIGH&&flag==0)//если кнопка нажата
// и перемення flag равна 0, то …
regim++;
flag=1;
if(regim>4)//ограничим количество режимов
regim=1;//так как мы используем только одну кнопку,
// то переключать режимы будем циклично
>
>
if(digitalRead(07)==LOW&&flag==1)//если кнопка НЕ нажата
//и переменная flag равна — 1, то …
flag=0;//обнуляем переменную "knopka"
>
if(regim==1)//первый режим
digitalWrite(2, HIGH);//включение светодиода
digitalWrite(3, LOW);
digitalWrite(4, LOW);
digitalWrite(5, LOW);
// читаем аналоговый вход pin 0:
int port0 = analogRead(A0);
//Преобразовываем аналоговые показания (которые идут от 0 до 1023) в напряжение (0 — 5 В)
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);//4.745 опорное напряжение, замеряется при калибровке на плате
// выводим значение напряжения в порт
Serial.println(voltageport0,3);// печатаем значение в порт и жмем энтер
//задержка для стабильности
delay(1);
>
if(regim==2)//второй режим
digitalWrite(2, HIGH);//включение светодиодов
digitalWrite(3, HIGH);
digitalWrite(4, LOW);
digitalWrite(5, LOW);
int port0 = analogRead(A0);
int port1 = analogRead(A1);
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport1 = port1 * (4.745 / 1023.000);
Serial.print(voltageport0,3);// печатаем значение в порт
Serial.print(" ");// печатаем таб
Serial.println(voltageport1,3);// печатаем значение в порт и жмем энтер
delay(1);
>
if(regim==3)//Третий режим
digitalWrite(2, HIGH);
digitalWrite(3, HIGH);
digitalWrite(4, HIGH);
digitalWrite(5, LOW);
int port0 = analogRead(A0);
int port1 = analogRead(A1);
int port2 = analogRead(A2);
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport1 = port1 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport2 = port2 * (4.745 / 1023.000);
Serial.print(voltageport0,3);
Serial.print(" ");
Serial.print(voltageport1,3);
Serial.print(" ");
Serial.println(voltageport2,3);
delay(1);
>
if(regim==4)//Четвертый режим
digitalWrite(2, HIGH);
digitalWrite(3, HIGH);
digitalWrite(4, HIGH);
digitalWrite(5, HIGH);
int port0 = analogRead(A0);
int port1 = analogRead(A1);
int port2 = analogRead(A2);
int port3 = analogRead(A3);
float voltageport0 = port0 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport1 = port1 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport2 = port2 * (4.745 / 1023.000);
float voltageport3 = port3 * (4.745 / 1023.000);
Serial.print(voltageport0,3);
Serial.print(" ");
Serial.print(voltageport1,3);
Serial.print(" ");
Serial.print(voltageport2,3);
Serial.print(" ");
Serial.println(voltageport3,3);
delay(1);
>
>
Программа закончена и отлажена.
Приступим к электронной части.
Схему приводил выше. Из нее видно что плата имеет 8 аналоговых входов, 14 цифровых входов/выходов. Вот и будем работать с ними.
Аналоговые № 0,1, 2, 3 будем использовать как входы осциллографа. Сделаем для них защиту и дополнительный вход через делитель 1х10, так как подавать на микроконтроллер максимум можно всего 5.2 вольта. С делителем можно будет работать с напряжениями до 50 вольт, что полностью перекрывает наши потребности.
Цифровые № 2,3,4,5 будем использовать для светодиодов, они будут индицировать включенные аналоговые входы.
Цифровой №7 будет подключен к кнопке которая будет переключать режимы моего осциллографа.
Еще будет кнопка Бут режима. Плата по умолчанию в бут режиме, но для работы это не удобно, ибо управление идет через RESET. При обращении к СОМ порту идет инициализация СОМ порта и чип эмулятор посылает резет на микроконтроллер. То есть при запуске программы плата ребутится и сбрасывает настройки которые выставили кнопкой, это не удобно. Для того что бы этого безобразия не было, я сее отключаю с помощью кнопки. Она подключает вход микроконтроллера «RESET» к электролитическому конденсатору 10Мкф, конденсатор сглаживает посылку на перезагрузку. Эта же цепь используется при заливке прошивки, по сему на момент программирования надо конденсатор отключать. Назвал эту кнопку Бут кнопкой :-)
Ну вот, как подключать понятно, осталось воплотить в железе.
Начнем с защиты и делителя.
Защиту будет обеспечивать стабилитрон на 5.1в. А делитель будет обычный на резисторах.
Так как сигналы у нас будут низкочастотные, это сильно упрощает жизнь. В расчетах делителя не надо учитывать внутреннее сопротивление приемника, не надо согласовывать вход с делителем, не надо учитывать волновое сопротивление кабеля и разъемов.
Надо просто посмотреть в даташите на микроконтроллер на какое сопротивление выхода оптимизирован его АЦП, и сделать делитель с таким выходным сопротивлением. Так мы добьемся максимальной точности в 0.005 вольта. В даташите написано что он оптимизирован под 10Ком выходного сопротивления нагрузки. Внутреннее сопротивление АЦП 100Мом…
Вот такую схему я посчитал. R1 и R2 собственно сам делитель, R2 еще задает сопротивление выхода делителя, я его взял 10Ком, так как ЦАП оптимизирован именно на такое сопротивление. R3 и VD1 это защита от перенапряжения. На вход АЦП нельзя подавать больше 5.2в. VD1 стабилитрон на 5.1в, можно использовать любой. R3 токоограничивающий резистор, ограничивает ток стабилитрона когда он открывается. Вот такой простой делитель с защитой.
Вот так все просто :-)
Ну раз схему разработали то настала пора воплотить это все в «железе».
Берем какой либо корпус, разъемчики, кнопку, переключатель, резисторы диоды, стабилитроны и начинаем из этого всего создавать автомобильный осциллограф.
Вот такой набор деталей у меня.
Для начала подготовим корпус. Просверлим все отверстия.
Далее, навесным монтажом, смонтируем делители прямо на блоке разъемов.
Вот так, просто – надежно — удобно.
Теперь примерим плату, проведем формовку выводов делителя и на них напаяем плату.
Вот так вот. Выходит очень удобно и компактно.
Смонтируем в корпус светодиоды, кнопку, переключатель и конденсатор. Вот так. Длинна проводов достаточная но не избыточная.
Почти все готово, осталось впаять плату в корпус.
Привинтить блок разъемов в корпус. Взять синюю изоленту, без нее ни как! Сделать ограничитель для УСБ провода.
Теперь можно закрыть корпус, залить прошивку и проверить работу. У меня все ОК.
Вот и все, мой автомобильный осциллограф готов.
Им можно смотреть-диагностировать расходомер(МАФ), генератор, катушки, датчики положения колена и распредвалов. Смотреть правильность установки ГРМ, Смотреть форсунки, по пульсации топлива в рампе можно косвенно смотреть работу насоса и регулятора давления топлива… В общем полезный зверек в хозяйстве. Особенно он полезен когда какое либо устройство отказало не полностью, а ушло от параметров и мозг не видит этого.
Пора приступать к испытанием на авто.
Все отлично и очень удобно. Как и планировал :-)
Тему датчиков в этом посте не затрагиваю, ибо очень она объемная. Но все датчики легко самому изготовить и емкостные и индуктивные и контактные… Может отдельно напишу об них…
Вот так просто можно сделать себе качественный автомобильный осциллограф.
На этом все, ни гвоздя вам ни жезла :-)
Читайте также: