Как собрать осциллограф своими руками — 3 рабочие схемы, советы по монтажу, видео

31 января 2019 / 20:15
Осциллограф своими рукамиТри рабочие схемы осциллографов — на PIC18F2550, на AVR и цифрового прибора для ПК. Характеристики устройств, печатные платы, необходимые детали, инструкции по сборке своими руками и видео.
Содержание статьи:

  1. Осциллограф на PIC18F2550
  2. Цифровой осциллограф для ПК
  3. На AVR — инструкция по сборке, характеристики
  4. Видео

Рассмотрим 3 рабочие схемы осциллографов. Первый прибор собран на микроконтроллере PIC18F2550. Второй осциллограф — цифровой, в основе третьего — микроконтроллер AVR. Поговорим о каждом по порядку.

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



Принципиальная схема осциллографа на PIC18F2550

Исходники и прошивку можно будет скачать ниже. Теперь давайте детальнее остановимся на каждом блоке схемы.

Питание

Схема питания осциллографа на PIC18F2550

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.


Дисплей AGM1264F

Схема подключения дисплея

Графический ЖК дисплей AGM1264F с разрешением 128х64 пикселей оснащен встроенными контроллером KS0108. Он имеет светодиодную подсветку и генератор отрицательного напряжения для управления.

Аналоговый вход

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

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

RS232

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



  • МК PIC 8-бит (IC1) — PIC18F2550
  • Линейный регулятор (IC2) — TC1264, 5 Вольт.
  • Конденсатор (С1) — 0.22 мкФ.
  • Электролитический конденсатор (С2) — 1 мкФ.
  • 2 резистора (R1, R3) — 3.3 кОм и 5 Ом соответственно.
  • Подстроечный резистор (R2) — 10 кОм.
  • Кварцевый резонатор (RES) — 20 МГц.
  • LCD-дисплей — AGM1264F.
  • Батарея питания (G1) — 9 В
  • 3 разъёма — JP1 для подключения дисплея, JP2 для обновления прошивки (RS-232) и JP3 для входа аналогового сигнала.

Микроконтроллер должен быть прошит файлом «SAC_tinybld18F2550usb _20MHz_115200_48MHz». Его можно скачать ниже.

Файлы для скачивания: oscillograf-na-pic18f2550.rar

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:

Структурная схема осциллографа на базе PIC

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).

Передача данных по RS232

Вот принципиальная схема самого цифрового осциллографа:

Схема цифрового RS232 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.


После U2 в схему добавляется простой преобразователь TTL уровня с последовательным портом RS232 персонального компьютера. Он построен на базе транзистора BC337 (Q1) и резисторов R1 и R3. Вход 5 микроконтроллера ведет к переключателю S1. В своей основной позиции (1–2) прибор переключается в режим осциллографа постоянного тока (DC измерений), который способен отображать входной сигнал 0–5В. Во второй позиции — в режим осциллографа переменного тока. В этом положении максимальное напряжение — от -2,5 до +2,5 В. Конденсатор С6 подойдет керамический 22000nF, чтобы наблюдать низкие частоты без особых искажений.

При необходимости можно добавить дополнительные входной аттенюатор (сплиттер), или ОУ.

Необходимые радиоэлементы



  • Линейный регулятор (U1) — LM78L05.
  • МК PIC 8-бит (U2) — PIC12F675 (675-I/P).
  • Биполярный транзистор (Q1) — BC337.
  • 6 конденсаторов — С1, С2, С5 (3х0.1 мкФ); С3, С4 (2х22 пФ); С6 (22 мкФ)
  • 4 резистора — R1, R3 (2х1 кОм) и R2, R4 (2х270 кОм).
  • Кварцевый резонатор (Y1) — 20 МГц.
  • Переключатель (S1)
  • 3 разъема — J1 питания, J2 RS232, J3 входа сигнала.

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:

Фьюзы

Вот фото готового прототипа цифрового осциллографа:

Фото цифрового осциллографа

Окно программы

Ниже вы можете скачать исходник, прошивку и ПО для Windows.

Файлы для скачивания: cifrovoy-oscillograf.rar


Осциллограф своими руками на AVR — инструкция по сборке, характеристики



Самодельный осциллограф на AVR

Характеристики осциллографа на AVR:

  1. Частота измерения: 10 Гц–7.7 кГц.
  2. Макс. входное напряжение: 24В AC/30В DC.
  3. Напряжение питания: 12В DC.
  4. Разрешение экрана: 128x64 пикселей.
  5. Область экрана осциллограммы: 100x64 пикселей.
  6. Информационная область экрана: 28x64 пикселей.
  7. Режим триггера: автоматический.

Рассмотрим проект осциллографа с использованием МК PIC18F2550 и графического LCD с контроллером KS0108. В качестве среды разработки здесь использована WinAVR, которая основывается на open source AVR-GNU компиляторе и прекрасно работает с AVR Studio 4. Графическую библиотека разработана специально для данного проекта.

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:

Схема осциллографа на AVR

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.


Устройство может измерять входное напряжение от +2.5В до -2.5В или от 0 до +5В, зависящее от позиции переключателя S1 (выбор типа входного тока: постоянный или переменный). При использовании пробника 1:10, входное напряжение соответственно может быть увеличено в 10 раз. Кроме того, переключателем S2 можно установить дополнительно деление напряжения на 2.

Необходимые радиоэлементы



  • Операционный усилитель (IC1) — LM358.
  • LCD-дисплей (IC2) — DEM128064A (128x64, контроллер KS0108).
  • МК AVR 8-бит (IC3) — ATmega32.
  • Линейный регулятор (IC4) — LM7805.
  • Стабилитрон (D1) — 1N4738A, 8.2В.
  • Выпрямительный диод (D2) — 1N4007.
  • 7 конденсаторов — C1 (470 нФ); C2 (27 пФ); C4, C7, C9 (3х100 нФ); C5, C6 (2х22 пФ).
  • 2 электролитических конденсатора — C3 (22 мкФ 16 В) и C8 (100 мкФ 25 В).
  • 7 резисторов — R1, R2, R4 (3х1 МОм); R3, R5 (2х390 кОм); R6 (56 Ом); R7 (220 Ом).
  • 2 подстроечных резистора (P1, P2) — 10 кОм и 22 кОм соответственно.
  • Кварц (X1) — 16 МГц.
  • 3 переключателя (S1, S2, S5).
  • 5 кнопок (S3, S4, S6–S8) — замыкающие.
  • 2 разъёма (K1, K2) — 2 контакта вход сигнала, 2 контакта питание.

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.

Установка фьюзов AVR

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.

Печатная плата осциллографа

Фото готового AVR осциллографа:

AVR осциллограф

Файлы для скачивания: oscillograf-svoimi-rukami-na-avr.rar

Видео работы осциллографа на AVR:


0

Другие новости по теме:

Добавление комментария
Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Если Вы не робот, то подтвердите это: *