DIY USB ostsilloskoop: vooluringi skeem, ülevaated. Lihtsaim ostsilloskoop arvutist Kaasaskantav ostsilloskoop mikrokontrolleril

Kuna mikrokontrollerisse integreeritud ADC on üsna aeglane, siis otsustati kasutada välist kiiret AD9280 ADC-d. Ekraanina kasutatakse WG12864A (128*64). Püsivara on kirjutatud C-keeles, kasutades kompilaatorit MikroC pro for AVR 5.60.

Ostsilloskoobi omadused:

Sisendtakistus 100 kOhm;

Maksimaalne diskreetimissagedus 9 MHz;

Minimaalne sagedus 25 Hz;

Maksimaalne sagedus 500 kHz;

Minimaalne pinge +/- 0,25 V;

Maksimaalne pinge +/- 25 V;

Toitepinge 9 V;

Ekraani paremal küljel kuvatakse amplituudi pinge väärtus, pinge efektiivväärtus, sagedus kHz, sünkroniseerimise tüüp ja jagaja. ATMEGA32 töötab suurendatud sagedusel 26,601712 MHz. Kvarts kukub välja l koos dändiga. Stabiilseks tööks on ATMEGA32 toiteallikaks 5,4 V suurendatud pinge. Selleks asetatakse miinusklemmile stabilisaator ja 7805 on peale joodetud 2 Schottky dioodi, millest igaüks on 0,2 V. Kui ATMEGA32 ei tee stabiilselt töötada peal 26,601712 MHz, saate paigaldada kvartsi sagedusele 20 MHz või paigaldada välise ostsillaatori sagedusele 32 MHz. Muudel sagedustel kui 26,601712 MHz on vaja projekti seadetes sagedust muuta ja valida sageduse arvutamiseks muud konstandid. Stabilisaator 7805 tuleb asetada radiaatorile. Kasutatakse sisendpistikuna h heli 3,5 mm. ICL7660 kiip on negatiivne pinge -5,4 V, mis on vajalik operatsioonivõimendi toiteks ja vahelduvsignaali positiivsesse vahemikku nihutamiseks. Kasutasin opvõimendina LM358, toite seda 6,5 ​​V pingega Zeneri dioodist a . LM358 väga moonutav ei signaali sagedustel üle 20 To Hz Ristkülikukujulised impulsid kõrgel sagedusel on näha fotol.

Operatsioonivõimendit tuleb kasutada sagedusega 10 MHz. Võib-olla lm833 sobib. Kui op-amp on rööbastee, saate seda toita 5,4 V. Näiteks MCP6H92.

Vahemikud lülitatakse kolme asendiga lülitiga - 1:1 (25 V); 1:4 (10 V); 1:10 (2,5 V).

Ostsilloskoobi juhtimiseks kasutatakse 5 klahvi. Üles/alla klahve kasutatakse amplituudi pühkimise seadistamiseks. Vasak/parem klahvid on mõeldud vibratsiooni sageduse muutmiseks O rokk ADC. Menüüsse sisenemiseks kasutatakse keskmist klahvi. Esimeses lõigus vali ostsillogrammi kuvamise tüüp: punktide või joonte järgi. Teises lõigus seatakse jagur sõltuvalt pingevahemiku lülitist. See on vajalik pinge õigeks kuvamiseks. Kolmandas lõigus valige sünkroonimise tüüp: oma võimaluste piires , mööda rinde langust, üleminek läbi nulli.

Ostsilloskoobi seadistamiseks peate muutva takistiga seadistama soovitud ekraani kontrasti ja seadma joone nulli (ilma sisendsignaalita), olles eelnevalt suurendanud kaadri amplituudi. Fotol on vana juhtmestikuga ostsilloskoop.

Skeemi ja signeti värskendatud versioon V2

V3 värskenduse skeem ja tihendid

Allpool on USB-ostsilloskoobi projekt, mida saate oma kätega kokku panna. USB-ostsilloskoobi võimalused on minimaalsed, kuid paljude raadioamatöörülesannete jaoks saab see suurepäraselt hakkama. Samuti saab selle USB-ostsilloskoobi ahelat võtta aluseks tõsisemate vooluahelate ehitamisel. Ahel põhineb Atmel Tiny45 mikrokontrolleril.

Ostsilloskoobil on kaks analoogsisendit ja toiteallikaks on USB-liides. Üks sisend aktiveeritakse potentsiomeetri kaudu, mis võimaldab vähendada sisendsignaali taset.

Tiny45 mikrokontrolleri tarkvara on kirjutatud C keeles ja kompileeritud Obdevi poolt välja töötatud V-USB abil, mis rakendab mikrokontrolleri poolel HID-seadmeid.
Ahel ei kasuta välist kvartsi, vaid kasutab tarkvaras USB sagedust 16,5 MHz. Loomulikult ei tohiks te sellelt skeemilt oodata 1Gs/s proovivõttu.

Ostsilloskoop töötab USB kaudu HID-režiimis, mis ei nõua spetsiaalsete draiverite installimist. Windowsi tarkvara on kirjutatud .NET C# abil. Võttes aluseks minu programmi lähtekoodi, saate tarkvara vastavalt vajadusele laiendada.

USB-ostsilloskoobi skeem on väga lihtne!

Kasutatud radioelementide loetelu:
1 LED (ükskõik milline)
1 LED takisti, 220 kuni 470 oomi
2 x 68 oomi takistit USB D+ ja D-liinide jaoks
1 x 1,5K takisti USB-seadme tuvastamiseks
2 3,6 V Zeneri dioodi USB taseme võrdsustamiseks
2 kondensaatorit 100nF ja 47uF
2 filtrikondensaatorit analoogsisenditel (10nF kuni 470nF), on võimalik ka ilma nendeta
1 või 2 potentsiomeetrit analoogsisenditel sisendpinge taseme vähendamiseks (vajadusel)
1 USB port
1 mikrokontroller Atmel Tiny45-20.

Radioelementide loetelu

Enne kui alustame kirjeldusega DIY usb ostsilloskoop ATtiny45 puhul tuleb märkida, et disain kasutab ainult 10-bitise eraldusvõimega mikrokontrolleri ATmega45 integreeritud ADC-muundurit ja andmed edastatakse arvutisse V-USB tarkvara rakendamise kaudu, kasutades USB HID-draivereid. andmeedastuskiirus on väga piiratud.

Reaalsed sämplid mõlemal kanalil kuni kümme sämplit sekundis. Seega on tegemist digitaalse kahe kanaliga väikese kiirusega ostsilloskoobiga, mis põhineb mikrokontrolleril.

V-USB on Atmel AVR-seeria protsessorite väikese kiirusega USB-protokolli puhtalt tarkvaraline teostus. Tänu nendele teekidele saate kasutada USB-d peaaegu kõigi mikrokontrolleritega väikeste piirangutega, ilma et oleks vaja täiendavat erivarustust. Kõiki V-USB teeke levitatakse GNU GPL v.2 litsentsi alusel.

Kaks analoogsisendit on võimelised mõõtma pingeid vahemikus 0 kuni +5 V. Laia pingevahemikku saab saavutada, lisades suure sisendtakistusega muutuva võimendusega võimendi (või sisendtakistiga jaguri) või kasutades vähemalt tavalist muutuvat takistit.

Kogu põhitöö teeb ära programmeeritud ATtiny45 mikrokontroller. See töötab sisemisest kellageneraatorist koos eelskaalariga sagedusega 16,5 MHz. Kiire USB-liidese kaudu suhtlemiseks on see sagedus vajalik, kuid see toob kaasa minimaalse toitepinge piirangu, mis peab olema suurem kui 4,5 V ja loomulikult alla 5,5 V.

Kuid kuna USB-pordi andmekontaktid kasutavad pingetaset vahemikus 0 kuni +3,3 V, on vaja kasutada piiravaid takisteid R2, R3 ja zeneri dioode D2, D3. Seda lahendust ei saa muidugi kaubanduslikule tootele soovitada, kuid USB probleemidega tutvumiseks ja koduseks kasutamiseks lihtsa disaini saamiseks piisab sellest.

J2 sisendkanalid CH1 ja CH2 on blokeeritud 100n kondensaatoritega C2 ja C3 vastavalt nõutavale sisemisele ADC spetsifikatsioonile. LED D1 on mõeldud ainult toimimise näitamiseks ja seetõttu võib selle ära jätta.

Komponentide loend:

• R1 - 270R
• R2, R3 - 68R
• R4 - 2k2
• C1, C2, C3 - 100n
• D1 – LED 3mm
• D2, D3 – ZD (3,6 volti)
• IO1 – Attiny45-20PU
• J1 – USB B 90

Tarkvara:

Koostatud HEX-fail on allalaadimiseks saadaval artikli lõpus, samuti lähtekood C-s. Konfiguratsiooni installimine on piiratud sisemise PLL-ostsillaatori kordaja kasutamise valikuga.

Kuna rakendus kasutab HID (Human Interface Device) draivereid, mis on saadaval peaaegu igas operatsioonisüsteemis, siis pole vaja täiendavaid draivereid installida.

Mõõdetud andmete graafilise kuva saamiseks kasutage artikli lõpus allalaadimiseks saadaval olevat tarkvara. Tarkvara ei vaja seadistamist ja pärast käivitamist leiab see ühendatud seadme automaatselt üles.

(allalaadimisi: 1273)

http://pandatron.cz/?1138&dvoukanalovy_usb_hid_osciloskop

Selles artiklis käsitletakse STM32F103C8T6 protsessori odava või pigem väga odava kahe kanaliga ostsilloskoobi võimalust. Lubage mul kohe broneerida, et tegemist on arvuti digiboksiga, mis ühendub arvuti USB-porti. Siin on mõned STM32 ostsilloskoobi omadused:

• Diskreetimissagedus (sämpling) - 461 kSps
• Sisendpinge - 6,6 V.
• Sisendtakistus - 20 kOhm.

Nagu näete, on ostsilloskoobil ebastandardne sisendtakistus, nii et tavalised ostsilloskoobi sondid sellega ei tööta ja üle 6,6 V pinge mõõtmiseks tuleb teha täpselt 20 kOhm sobitatud jagur. Veel üks väike selgitus diskreetimissageduse kohta. Paljud inimesed arvavad ekslikult, et see on ribalaius. Tegelikkuses pole see sugugi nii. 461 kSps tähendab, et ostsilloskoop teeb ühe sekundi jooksul 461 tuhat mõõtmist. Kui rakendate selle sisendile signaali, näiteks 1 kHz (periood T=1/F; T=1 millisekund). 1 millisekundi jooksul teeb ostsilloskoop 461000*0,001=461 mõõtmist. Ütleme, et perioodi kohta on 461 punkti. See punktide arv on signaali selgeks joonistamiseks enam kui piisav. Aga kui rakendame sisendile 200 kHz signaali, mille periood on 5 mikrosekundit, siis selle perioodi eest saame 2,3 punkti. Kahest punktist signaali konstrueerida ja selle parameetreid hinnata on võimatu. Minimaalne nõutav punktide arv perioodi kohta peab olema vähemalt 20. Seetõttu on maksimaalne sagedus, mille juures see ostsilloskoop suudab signaali uurida, 461/20 = 23,5 kHz. See on helivahemiku jaoks üsna sobiv. Ja ärge unustage, et sellel seadmel pole galvaanilist isolatsiooni!!! Olge lülitustoiteallikate parandamisel ettevaatlik!

Ostsilloskoobi ahel on näidatud allpool. Artikli lõpus saate alla laadida originaalse vooluringi skeemi, trükkplaadi ja püsivara.

Nagu näete, koosneb ahel ühest protsessorist ja selle juhtmestikust. Siin pole palju seletada. Lubage mul lihtsalt öelda, et plaadil on protsessori püsivara vilkumiseks ainult UART-liides. Soovitan ikkagi ühendada SWD liidese ja selle STLINK programmeerija abil läbi vilkuda. See on lihtsam ja kiirem. Kuid see on võimalik ka laual UART-i abil. Kirjeldan lühidalt mõlemat varianti. UART-i kaudu püsivara välgutamiseks vajame USB-lt UART-i mis tahes adapterit, neid on müügil palju ja need pole kallid. Ühendame adapteri tahvliga läbi 3-juhtmelise siini RX, TX, GND. Seejärel laadige alla ja installige STM Flash Loader Demo programm. Panime tahvli alglaadimisrežiimi. Selleks vajutage ja hoidke all alglaadimisnuppu, hoides samal ajal all nuppu Reset. Seejärel läheme programmi ja teostame samm-sammult toiminguid: valige COM-pordi number, oodake ühenduse loomist tahvliga, valige püsivara fail, oodake püsivara protsessi lõppu, sulgege programm, lülitage UART välja. ja eemaldage tahvlilt toide. Nüüd võimalus koos SWD-ga. Ühendame programmeerija 4 juhtme kaudu: POWER, SWCLK, SWDIO, GND. (Sellisel juhul tarnib toide plaadile programmeerijalt). Laadige alla ja installige programm STM32 ST-Link Utility. Programmi käivitamisel tuvastab see kontrolleri enda, peate vaid valima püsivara faili ja käivitama püsivara protsessi.

Ja veel üks oluline märkus. Enne seadme kokkupanemist paigaldage arvutisse STM32 jaoks mõeldud ostsilloskoobi kest. Veenduge, et programm käivitub. Oli juhtumeid, kui programm lihtsalt ei tahtnud mõnes arvutis ja sülearvutis töötada. Millega see seotud on, on ebaselge.

Tänapäeval kasutatakse üsna palju erinevaid personaalarvutiga suhtlemisel põhinevaid mõõteseadmeid. Nende kasutamise oluline eelis on võime salvestada saadud väärtused seadme mällu piisavalt suures mahus koos nende hilisema analüüsiga.

Digitaalne USB ostsilloskoop arvutist, mida me selles artiklis kirjeldame, on üks sellistest amatöörraadiomõõtevahenditest. Seda saab kasutada ostsilloskoobina ja seadmena elektriliste signaalide salvestamiseks arvuti RAM-i ja kõvakettale.

Ahel pole keeruline ja sisaldab minimaalselt komponente, mille tulemuseks on väga kompaktne seade.

USB-ostsilloskoobi peamised omadused:

• ADC: 12 bitti.
• Ajabaas (ostsilloskoop): 3…10 ms/jaotis.
• Ajaskaala (salvesti): 1…50 sek/proov.
• Tundlikkus (ilma jaoturita): 0,3 volti/jaotus.
• Sünkroniseerimine: väline, sisemine.
• Andmete salvestamine (vorming): ASCII, tekst.
• Maksimaalne sisendtakistus: 1 MΩ paralleelselt 30 pF mahtuvusega.

Ostsilloskoobi töö kirjeldus arvutist

Andmete vahetamiseks USB-ostsilloskoobi ja personaalarvuti vahel kasutatakse USB (Universal Serial Bus) liidest. See liides töötab Future Technology Devices'i FT232BM (DD2) mikroskeemi alusel. See on liidese muundur. FT232BM kiip võib töötada nii otseses BitBang bitijuhtimisrežiimis (D2XX draiveri kasutamisel) kui ka virtuaalse COM-pordi režiimis (VCP draiveri kasutamisel).

ADC-na kasutatakse ettevõtte Analog Devices integraallülitust AD7495 (DD3). See pole midagi muud kui 12-bitine A/D muundur, millel on sisemise pinge etalon ja jadaliides.

AD7495 kiip sisaldab ka sagedussüntesaatorit, mis määrab kiiruse, millega FT232BM ja AD7495 vahel infot vahetatakse. Nõutava sideprotokolli loomiseks täidab ostsilloskoobi USB-tarkvara USB-väljundpuhvri SCLK- ja CS-signaalide individuaalsete bitiväärtustega, nagu on näidatud järgmisel joonisel:

Ühe tsükli mõõtmine määratakse üheksasaja kuuekümne järjestikuse teisenduse jadaga. Kiip FT232BM, mille sagedus määrab sisseehitatud sagedussüntesaator, saadab paralleelselt SDATA liinil konversiooniandmete edastamisega elektrilisi signaale SCLK ja CS. FT232BM ADC 1. täiskonversiooniperiood, mis määrab diskreetimissageduse, vastab DD2 kiibi (16 andmebitti + CS liiniimpulss) väljastatud 34 baiti andmete saatmise perioodi kestusele. Kuna FT232BM andmeedastuskiiruse määrab sisemise sagedussüntesaatori sagedus, peate pühkimisväärtuste muutmiseks muutma ainult FT232BM kiibi sagedussüntesaatori väärtusi.

Personaalarvuti poolt saadud andmed kuvatakse pärast mõningast töötlemist (skaala muutmine, nulli reguleerimine) monitori ekraanil graafilisel kujul.

Uuritav signaal antakse konnektorisse XS2. Operatsioonivõimendi OP747 on loodud sobitama sisendsignaale ülejäänud ostsilloskoobi USB-lülitustega.

Moodulitel DA1.2 ja DA1.3 on ehitatud ahel bipolaarse sisendsignaali nihutamiseks positiivse pinge tsooni. Kuna DD3 kiibi sisemine tugipinge on pingega 2,5 volti, siis ilma jagajaid kasutamata on sisendpinge katvus -1,25..+1,25 V.

Negatiivse polaarsusega signaalide uurimiseks praktiliselt unipolaarse toiteallikaga USB-pistikust (a) kasutatakse pingemuundurit DD1, mis genereerib operatsioonivõimendi OP747 toiteks negatiivse polaarsusega pinge. Ostsilloskoobi analoogosa kaitsmiseks häirete eest kasutatakse komponente R5, L1, L2, C3, C7-C11.

Programm uScpoe on loodud teabe kuvamiseks arvutimonitori ekraanil. Selle programmi abil on võimalik visuaalselt hinnata uuritava signaali suurust ja selle kuju ostsillogrammi kujul.

ms/div nuppe kasutatakse ostsilloskoobi pühkimise juhtimiseks. Programmis saab ostsillogrammi ja andmed vastavate menüükäskude abil faili salvestada. Ostsilloskoobi praktiliselt sisse- ja väljalülitamiseks kasutage toitenuppe ON/OFF. Kui ühendate ostsilloskoobi vooluringi arvutist lahti, lülitub uScpoe programm automaatselt OFF-režiimi.

Elektrilise signaali salvestamise režiimis (salvesti) loob programm tekstifaili, mille nime saab määrata järgmisel teel: Fail->Valiku andmefail. algselt luuakse fail data.txt. Seejärel saab faile edasiseks töötlemiseks importida teistesse rakendustesse (Excel, MathCAD).

(3,0 Mb, allalaaditud: 5653)