Приставка осциллограф к компьютеру своими руками на базе Arduino

Схемы и радиоэлектроника: USB ПРОБНИК-ОСЦИЛЛОГРАФ, Измерители – читайте на портале Радиосхемы

Схема приставки

Простейший осциллограф из компьютера

Согласитесь, что схема невероятна проста и не потребует много времени для её сборки. Это делитель – ограничитель, который защитит звуковую карту вашего компьютера от опасного напряжения, которое вы можете случайно падать на вход. Делитель может быть на 1, на 10 и на 100. Переменным резистором регулируется чувствительность всей схемы. Подключается приставка к линейному входу звуковой карты ПК.

Близкие темы.

Как изготовить кабель-щуп для низкочастотного виртуального осциллографа?

Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

Как припаять штекер к экранированному кабелю.

Оглавление.

  1. О виртуальных осциллоскопах.
  2. Технические данные и область применения.
  3. Электрическая схема аппаратной части осциллографа.
  4. Защита от «дурака».
  5. Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?
  6. Как измерить входное сопротивление линейного входа?
  7. Как рассчитать делитель напряжения (аттенюатор)?
  8. Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?
  9. Конструкция и детали.
  10. Как откалибровать виртуальный осциллограф?
  11. Как выровнять амплитудно-частотную характеристику адаптера?
  12. Что делать, если нет тестера? Или опасные опыты.
  13. Дополнительные материалы.

Шаг 1: Используем контроллер Arduino Uno

В интернет-магазинах контроллер Arduino Uno стоит в пределах 20 долларов.

USB-осциллографы

Если у вас нет портативного устройства вроде планшета, но имеется ноутбук или компьютер, не стоит расстраиваться. Из них также можно сделать прекрасный измерительный прибор. Самым простым вариантом будет подключение щупов к микрофонному входу компьютера по такому же принципу, как описывалось в начале статьи.

Однако, учитывая его ограничения, этот вариант подойдет далеко не всем. В таком случае может использоваться USB-осциллограф, который обеспечит такие же характеристики, как и приставка с передачей сигнала по Wi-Fi. Стоит отметить, что такие приборы иногда работают с некоторыми планшетами, которые поддерживают технологию подключения внешних устройств OTG. Само собой, ЮСБ-осциллограф также пытаются сделать самостоятельно, причем довольно успешно. По крайней мере, именно этой поделке посвящено большое количество тем на форумах.

Обзор лучших приборов для радиолюбителей

«Сиглент SDS 1022»

Высокоточный прибор, отображающий все сигналы. Верхняя граница частоты сигнала доходит до 100 Гц. Работает в 3 режимах. Стоимость около 16 тысяч рублей. Погрешность в работе практически отсутствует. Обрабатывает частоту сигнала от 10 до 100 Гц.

Торговая марка «Ригол»

Главный их козырь – высокая производительность, простота в использовании и регулирующаяся чувствительность. Качественный фильтр практически исключает погрешности. Устройство имеет двойной дисплей.

В работе широко используется модель DS1102C. Запускается в фронтальном и наклонном режиме. Прибор двухканальный. Интерфейс простой. Цена – 20 тысяч рублей.

«Тектроникс TDS 3064»

Несмотря на использование для проверки электронных линий, благодаря нему можно проверить функционирование платы. Двухканальный, широкая полоса пропускания. Легко настраиваемый цифровой фильтр. Преимущество модели – 20 автоматических измерений. Благодаря функции хранения и воспроизведения, есть возможность записи данных по кадрам. Встроенные математические функции, автокалибровка, аппаратный частометр и преобразователь «Фурье». Прибор работает с задержкой старта. Компактная модель, приятный дизайн. Цена – 22 000 рублей.

«Тектроникс MSO 4104»

Как и предыдущая модель, обладает широкой полосой пропускания – 100 МГц. На старте, частота дискретизации составляет 1 Гц. Главная особенность модели – встроенный входной импеданс. Прибор двухканальный, объем памяти 1 Мб.

Высокая чувствительность по вертикали, можно запускать по видео и фронту. Может выполнять все математические функции. Данные по измерению прибор позволяет получать автоматически. Модель довольно компактная и легкопереносимая.

Цена осциллографа -около 18 тысяч рублей.

Осциллографы от производителя «Акип»

Главное их преимущество – удобный интерфейс и многофункциональность. По сравнению с предыдущими приборами – полоса пропускания неширокая – около 60 МГц. Стандартный объем памяти (32 000 точек). Прибор поддерживает СР – команды, разрешение экрана – 480 на 234 пикселей. Шестиразрядный аппаратный частотомер.

USB осциллограф обзор лучших моделей

В этой категории лучшими станут Hantek, Instrustar, SainSmart. Это лучшие бюджетные варианты. Подходят для ремонта телевизоров и ноутбуков.

Основываясь на данные характеристики, выбрать нужный осциллограф будет легко.

Осциллограф, подключаемый через USB

Есть множество вариантов изготовления самодельных USB осциллографов, но не все из них доступны новичкам. Самым простым вариантом будет его сборка из уже готовых комплектующих. Они продаются в радиомагазинах. Более дешёвым вариантом будет купить эти радиодетали в китайских интернет-магазинах, но нужно помнить о том, что купленные в Китае комплектующие могут прийти в неисправном состоянии, а деньги за них возвращают далеко не всегда. После сборки должна получиться небольшая приставка, подключаемая к ПК.

Этот вариант осциллографа имеет самую высокую точность. Если встает проблема, какой осциллограф выбрать для ремонта ноутбуков и другой сложной техники, лучше остановить свой выбор на нём.

Для изготовления понадобятся:

  • Плата с разведёнными дорожками.
  • Процессор CY7C68013A.
  • Микросхема аналого-цифрового преобразователя AD9288−40BRSZ.
  • Конденсаторы, резисторы, дроссели и транзисторы. Номиналы этих элементов указаны на принципиальной схеме.
  • Паяльный фен для запайки SMD компонентов.
  • Провод в лаковой изоляции сечением 0,1 мм².
  • Тороидальный сердечник для намотки трансформатора.
  • Кусок стеклотекстолита.
  • Паяльник с заземлённым жалом.
  • Припой.
  • Флюс.
  • Паяльная паста.
  • Микросхема памяти EEPROM flash 24LC64.
  • Корпус.
  • USB разъём.
  • Гнездо для подключения щупов.
  • Реле ТХ-4,5 или другое, с управляющим напряжением не более 3,3 В.
  • 2 операционных усилителя AD8065.
  • DC-DC преобразователь.

Собирать нужно по этой схеме:

Осциллограф из ноутбука

Обычно для изготовления печатных плат радиолюбители пользуются методом травления. Но сделать таким образом двухстороннюю печатную плату со сложной разводкой самостоятельно не получится, поэтому её нужно заранее заказать на заводе, выпускающем подобные платы.

Для этого нужно отослать на завод чертёж платы, по которому её изготовят. На одном и том же заводе делают разные по качеству платы. Оно зависит от выбранных при оформлении заказа опций.

Для того чтобы получить в итоге хорошую плату, нужно указать в заказе следующие условия:

  • Толщина стеклотекстолита — не менее 1,5 мм.
  • Толщина медной фольги — не менее 1 OZ.
  • Сквозная металлизация отверстий.
  • Лужение контактных площадок свинецсодержащим припоем.

После получения готовой платы и покупки всех радиодеталей можно приступать к сборке осциллографа.

Первым собирается DC-DC преобразователь, выдающий напряжения +5 и -5 вольт.

Осциллограф из звуковой карты

Его нужно собрать на отдельной плате и подключить к основной с помощью экранированного кабеля.

Припаивать микросхемы к основной плате нужно аккуратно, не перегревая их. Температура паяльника не должна быть выше трехсот градусов, иначе паяемые детали выйдут из строя.

После установки всех компонентов собирают устройство в подходящий по размеру корпус и подключают к компьютеру USB кабелем. Замыкают перемычку JP1.

Нужно установить и запустить на ПК программу Cypress Suite, перейти во вкладку EZ Console и кликните по LG EEPROM. В появившемся окне выбрать файл прошивки и нажать Enter. Дождаться появления надписи Done, говорящей об успешном завершении процесса. Если вместо неё появилась надпись Error, значит, на каком-то этапе произошла ошибка. Нужно перезапустить прошивальщик и попробовать снова.

После прошивки изготовленный своими руками цифровой осциллограф будет полностью готов к работе.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.принцип работы

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

  1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
  2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
  3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Собираем приставку

Можно взять бокс от батареек как я или другой пластиковый корпус.

Простейший осциллограф из компьютера

Электрическая схема

Если вы всё же решили работать через самодельную приставку, то для осциллографа из компьютера своими руками потребуется схема. Схема эта достаточно простая и работа над ней для того, кто хотя бы раз занимался чем-то подобным, не составит никакого труда. Вам понадобятся инструменты и навыки базовой работы со схемами – соединения, теоретические знания.

ВАЖНО! Есть и более сложные схемы, но новичку лучше начать с элементарного варианта. Если первая попытка подойдёт для решения задачи, то для последующих проб сложность можно поднять, спаяв новую, более совершенную схему.

Настройка изделий

После сборки USB-осциллографа, на последнем этапе нужно прошить чип памяти EEPROM flash 24LC64. Для этого:

  1. Скачать и установить на компьютер приложение Cypress Suite.
  2. Запустить программу и перейти в меню EZ Console.
  3. Нажать на надпись «LG EEPROM».
  4. Появится окно с файлом прошивки. Выбрать его и запустить клавишей Enter.
  5. Если появилась ошибка «Error», запустить операцию прошивки снова.
  6. После успешного окончания процесса должна появиться надпись «Done». Осциллограф готов к работе.

Перед запуском осциллоскопа на основе внешнего аудиоадаптера проделать следующие действия:

  1. Сохранить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из скачанного архива в отдельной папке. Открыть miniscope.exe.
  2. После запуска программы, зайти в настройки и произвести действия, показанные на рисунках.
  3. Для проверки работоспособности подать тестовый сигнал. Должна появиться синусоида.Подача сигнала

Устройство готово к работе.

Калибровка необходима устройству, работающему через аттенюатор и внутреннюю звуковую карту. Для этого подать на гаджет сигнал с известными амплитудой и частотой. Добившись устойчивой развертки, включить измерительную сетку. Согласовывая действия подстроечного резистора с регулировками на панели управления, привести значения сетки к исходным величинам.

Если не получится корректно отобразить значения, то можно отъюстировать сетку при помощи регулировок звука на компьютере. Открыть для этого регулятор громкости, расположенный на панели задач и, двигая ползунок, получить нужный уровень сигнала.регулировка сигнала

Готовые изделия перед включением обязательно заземлить. Соблюдать осторожность при подаче сигнала на порт звукового адаптера.

Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?

Так как радиолюбители часто испытывают трудности при поиске прецизионных резисторов, я расскажу о том, как можно с высокой точностью подогнать обычные резисторы широкого применения.

Высокоточные резисторы всего в несколько раз дороже обычных, но на нашем радиорынке их продают по 100 штук, что делает их покупку не очень целесообразной.

Использование подстроечных резисторов.

18.png

Как видите, каждое плечо делителя состоит из двух резисторов – постоянного и подстроечного.

Недостаток – громоздкость. Точность ограничена только доступной точностью измерительного прибора.

Подбор резисторов.

19.png

Другой способ – подбор пар резисторов. Точность обеспечивается за счёт подбора пар резисторов из двух комплектов резисторов с большим разбросом. Сначала все резисторы промеряются, а затем подбираются пары, сумма сопротивлений которых наиболее соответствует схеме.

Именно этим способом, в промышленных масштабах, подгонялись резисторы делителя для легендарного тестера «ТЛ-4».

Недостаток метода – трудоёмкость и потребность в большом количестве резисторов.

Чем длиннее список резисторов, тем выше точность подбора.

Подгонка резисторов при помощи наждачной бумаги.

20.jpg

Подгонкой резисторов, путём удаления части резистивной плёнки, не брезгует даже промышленность.

Однако при подгонке высокоомных резисторов не допускается прорезать резистивную плёнку насквозь. У высокоомных плёночных резисторов МЛТ, плёнка нанесена на цилиндрическую поверхность в виде спирали. Подпиливать такие резисторы нужно крайне осторожно, чтобы не разорвать цепь.

Точную подгонку резисторов в любительских условиях можно осуществить при помощи самой мелкой наждачной бумаги – «нулёвки».

21.jpg

Сначала с резистора МЛТ, у которого заведомо меньшее сопротивление, при помощи скальпеля аккуратно удаляется защитный слой краски.

22.jpg

Затем резистор подпаивается к «концам», которые подключаются к мультиметру. Осторожными движениями шкурки-«нулёвки» сопротивление резистора доводится до нормы. Когда резистор подогнан, место пропила покрывается слоем защитного лака или клея.

Что такое шкурка-«нулёвка» написано здесь.

На мой взгляд, это самый быстрый и простой способ, который, тем не менее, даёт очень хорошие результаты.

Вернуться наверх к меню.

Что делать, если нет тестера? Или опасные опыты.

Можно ли использовать для калибровки осветительную сеть?

Так как любой уважающий себя радиолюбитель, несмотря на все предупреждения, первым делом пытается залезть своим детищем в розетку, я счёл необходимым рассказать об этом опасном занятии подробнее. :)

По ГОСТу напряжение сети не должно выходить за пределы 220 Вольт – 10% +5%, хотя, в реальной жизни, это условие соблюдается не так часто, как хотелось бы. Ошибки измерений в процессе подгонке резисторов и замерах импеданса также могут привнести высокие погрешности при данном способе калибровки.

Если Вы собрали прецизионный делитель, например, на высокоточных резисторах, и если известно, что в вашем доме напряжение в осветительной сети поддерживается с достаточной точностью, то её можно использовать для грубой калибровки осциллографа.

Но, есть очень много НО, из-за которых, я Вам категорически не рекомендую это делать. Первое и наиболее важное «НО», это сам факт того, что Вы читаете эту статью. Тот, кто на ты с электричеством, вряд ли стал бы тратить на это время. Но, если и это не аргумент…

Самое главное!

35t.png

1. Компьютер должен быть надёжно заземлён!!!

2. Ни под каким предлогом не суйте в розетку «земляной» провод! Это тот провод, который соединён через корпус разъёма линейного входа с корпусом системного блока!!! (Другие названия этого провода: масса, корпус, общий, экран и т.д.) Тогда, вне зависимости от того, попадёте Вы в фазу или в ноль, не произойдёт короткое замыкание.

Другими словами, в розетку можно втыкать только провод, который соединён с резистором R1 номиналом 1 мегом, расположенном в схеме адаптера!!!

Если же Вы попытаетесь воткнуть в сеть провод, соединенный с корпусом, то в 50% случаев это приведёт к самым печальным последствиям.

Так как максимальная неограниченная амплитуда на линейном входе около 250мВ, то в положении делителя 1:100 можно будет увидеть амплитуду величиной примерно в 50… 250 Вольт (в зависимости от входного импеданса). Поэтому, для измерения напряжения сети, адаптер должен быть оборудован делителем 1: 1000.

Делитель 1:1000 можно рассчитать по аналогии с делителем 1:100.

Пример расчёта делителя 1:1000.

Верхнее плечо делителя = 1007кОм.

Входной импеданс = 50кОм.

Коэффициента деления по входу 1:1 = 20,14.

Определяем общий коэффициент деления для входа 1:1000.

21,14*1000 = 21140 (раз)

Рассчитываем величину резистора для делителя.

1007*50 / 50*21140 –50 –1007 ≈ 47,7 (Ом)

38.png

Так как входное сопротивление адаптера при делении 1:100 близко к 1мОм, я поступил проще и воспользовался осциллографической делительной головкой 1:10, которая как раз рассчитана на входной импеданс 1мОм. Обратите внимание, что отклонение входного сопротивления этого профессионального делителя – 10%, что даже выше, чем у нашего игрушечного. :)

При использовании входа 1:100 и головки 1:10, общий коэффициент деления составляет 1:1000.

36.png

Когда Вы увидите на экране осциллографа «AudioTester» напряжение сети, подгоните амплитуду под 311 милливольт путём подбора числа вводимого в форму.

Почему 311мВ?

220В (действующее) * √2 = 311В (амплитудное)

Но, ведь мы используем делитель 1:1000.

311В : 1000 = 311мВ

32t.png

При калибровке осциллографа «Авангард», выберете шкалу вольтметра «12,5». Когда увидите напряжение сети на экране, введите в окошко калибровки значение 311. При этом вольтметр «Авангард-а» должен начать показывать напряжение 311мВ или близкое к нему.

37.png

Небольшая ремарка. Дело в том, что форма напряжения в современных электросетях отличается от синусоидальной. Это связано с тем, что в большинстве современных электроприборов используются импульсные блоки питания. Последние «подрезают» верхушки синусоиды и фактически снижают амплитудное значение напряжения. Так что, по-хорошему, нужно ориентироваться не на видимую кривую, а на её «синусоидальное продолжение».

Вернуться наверх к меню.

Дополнительные материалы.

Скачать комплект программ “AudioTester 1.3”, в составе которого есть осциллограф (275кБ).

Скачать комплект программ “AudioTester 2.2”, в составе которого есть осциллограф (4,5мБ).

Скачать портативный программный осциллограф “Авангард” (277кБ).

Скачать программный портативный генератор низкой частоты (345кБ).

Скачать брошюру Осциллограф ваш помощник (821кБ).

15 Апрель, 2011 (20:45) в

Измерения

,

Сделай сам

Адреса, которые опубликованы здесь, я стараюсь проверять собственноручно. И хотя они чаще всего не строго соответствуют текущей теме, иногда могут представлять интерес.И в завершение новостей о погоде: в Сан-Франциско предательски тепло, в деревне Гадюкино дожди.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...