Простой самодельный любительский осциллограф
Программы, эмулирующие работу осциллографа
Обработкой сигналов, поступающих на вход компьютера или ноутбука занимаются виртуальные осциллографы. Эти программы имеют интерфейс, схожий с экраном реального осциллографа. Часть приложений предназначена для работы с устройствами на основе звуковых карт, другие взаимодействуют с USB-осциллоскопами.
Программы, работающие через аудиовхода:
- Digital Oscilloscope;
- SoundCard Oszilloscope;
- Российская разработка «Авангард».
Софт для USB-осциллографов:
- Aktakom OscilloscopePro.
- Simplescope.
Все виртуальные приборы являются двухканальными, снабжены генераторами частот, анализаторами. Проведенные измерения и осциллограммы можно сохранять на ПК. Обычно их не нужно инсталлировать. После распаковки архива и запуска программы появляется интерфейс реального осциллографа с регуляторами настроек.
Методы работы
Компьютер — цифровое устройство, поэтому для измерения аналогового параметра необходимо перевести сигнал в дискретный вид. Для этого используется АЦП — аналогово-цифровой преобразователь. Для вывода данных применяют ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.
Звуковая карта компьютера дискретизирует входящие аналоговые сигналы, подключаемые к входам LINE IN и MIC.
Поэтому аудиоплату можно использовать в качестве АЦП для подачи на компьютер или ноутбук измеряемого сигнала. Так как человек слышит звук в диапазоне 4Гц- 20кГц, то соответственно и аудиокарта работает в низкочастотном спектре. Полученный осциллограф также будет работать в указанном диапазоне.
Еще одним недостатком в работе «звукового» осциллоскопа является ограничение по напряжению, подаваемому на вход. Оно должно быть в пределах 0,5 В для входа MIC и до 2 В для LINE IN. Подключение сигнала амплитудой более 2В выведет из строя звуковую карту или компьютер.
Из-за конструкционных особенностей аудиокарты — наличие разделительного конденсатора на входе, постоянная составляющая электрического тока не будет показана на осциллографе. Но, используя приложение, можно ее измерить. Подавать сигнал лучше на вход LINE IN, так как он имеет наименьший уровень шумов. Минимальный уровень сигнала, который можно измерить — около 1мВ.
Использование таких осциллоскопов ограничено по частоте. Ими можно снимать показания с усилителей, магнитофонов, различных звуковых девайсов, а также микросхем, работающих на частотах до 20 кГц.
Определение модели материнской платы
На высоких частотах применяется USB-осциллографы, имеющие больше возможностей. Минусом таких устройств является высокая цена.
О виртуальных осциллоскопах
Любой персональный компьютер (PC) даже на «медленных» процессорах и с устаревшей операционной системой window xp подходит для совместной работы со специализированными приставками. Однако качественный виртуальный (virtual) осциллоскоп с подключением к стандартному порту usb стоит дорого. Не решает проблему тщательный поиск подходящих моделей техники на зарубежных торговых интернет-площадках. Покупка бывшего в употреблении оборудования сопряжена с повышенными сомнениями и отсутствием реальных гарантий.
Конструкция и применение
Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.
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:
- Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
- Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
- 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.
Лучшиe прoгрaммы oсциллoгрaфa для ПК на Windows
В следующих разделах представлены краткие обзоры популярных специализированных программ. При выборе следует обратить внимание на простоту обучения, язык интерфейса, иные детали с учетом потребностей конкретного пользователя.
FrequencyAnalyzer
Программа создана для обработки сигналов звукового диапазона. Допустимо изменение частоты измерений. Преобразование в 8 (16) разрядов по выбору пользователя помогает установить необходимую точность. Недостаток – отсутствие русифицированной версии.
Winscope
Этот осциллограф онлайн не только показывает сигнал. При выборе соответствующего режима на экране отображаются фигуры «Лиссажу». Пользователь может изучить спектральное распределение в диапазоне от 20Гц до 20 кГц.
Звукoвoй oсциллoгрaф
2ray Oscilloscope хорошо приспособлен для изучения двух сигналов. При необходимости, осциллограммы можно сохранять в графических файлах. Понятный интерфейс упрощает обращение с программой.
Осциллoгрaф Спeктр в рeaльнoм врeмeни
Multi-Instrument содержит не только осциллограф, но и генератор. Этот набор программного обеспечения дополнен анализатором спектра. Такое оборудование подходит для комплексных испытаний радиоаппаратуры.
Схема и сборка устройства
Существует много схем для изготовления цифрового USB-осциллографа своими руками. Не все доступны для неопытного радиолюбителя. Наиболее легким является сборка устройств на основе звуковой карты, так как здесь нужно собрать только делитель для увеличения порога входящего напряжения.
Подключение через USB
USB-осциллограф сложный в изготовлении своими руками, но высокоточный прибор с большим диапазоном по частоте. Детали для него можно приобрести в магазине или заказать через интернет. Список запчастей следующий:
- двусторонняя плата с готовыми дорожками;
- АЦП AD9288−40BRSZ;
- система собирается на процессоре марки CY7C68013A;
- резисторы, трансформаторы, конденсаторы, дроссели — номиналы указаны на схеме;
- паяльник и монтажный фен, паяльная паста, флюс и припой;
- провод с площадью сечения 0,1 мм2 и лаковым покрытием;
- тороидальный сердечник для изготовления трансформатора;
- чип памяти EEPROM flash 24LC64;
- реле с управляющим напряжением не более 3,3 В;
- операционные усилители AD8065;
- преобразователь постоянного тока DC-DC;
- USB коннектор;
- стеклотекстолит;
- разъемы для щупов, корпус для платы.
Почему дисковод не читает диски
Схема устройства приведена ниже.
Так как используется двусторонний монтаж, то самостоятельно плату с дорожками изготовить не получится. Надо обратиться к производственному объединению, выпускающему подобные изделия, и сделать заказ со следующими условиями:
- стеклотекстолит, на котором будет размечена схема, должен иметь толщину не менее 1,5 мм;
- толщина медных дорожек не менее 1 унции (OZ) или 35 мкм;
- сквозная металлизация отверстий;
- лужение контактных площадок для лучшего припаивания элементов.
Получив заказ, можно приступать к сборке. Вначале собирается конвертер DC-DC, для получения двух постоянных напряжений: +5 В и -5 В. Изготавливается он отдельно от основного устройства, а затем подсоединяется экранированным кабелем.
Далее аккуратно припаять элементы схемы. Особенно быть осторожным при пайке микросхем, не допускать увеличения температуры паяльника выше 300°С.
Разместив изготовленное устройство в корпусе, подключить его к компьютеру через USB разъем. После этого перемкнуть перемычку JP1.
Использование аудиокарты
Осциллограф из внешней звуковой карты — малобюджетный и простой в изготовлении осциллоскоп к компьютеру или ноутбуку. Более всего подойдет начинающим радиолюбителям. Можно использовать как внешнее, так и внутреннее звуковое устройство.
Входное напряжение для внутренней звуковой карты компьютера не должно превышать 0,5-2 В. Чтобы измерить сигнал с амплитудой более 2 В, необходимо подать его на компьютер через делитель напряжения. Собирается аттенюатор по следующей схеме.
Подаваемое напряжение уменьшается в 100, 10 или 1 раз, в зависимости от величины. Для этого щупы вставляются в соответствующие разъемы. Точная настройка происходит через подстроечный резистор. Диоды предохраняют от случайной подачи напряжения более 2 В.
Конструкцию разместить в металлической коробке для устранения возможных наводок. Провод, подключаемый к звуковой карте, должен быть коротким с медной оплеткой. Для создания второго канала необходимо продублировать устройство. Если на карте есть несколько входов, то выбрать с наименьшим внутренним сопротивлением.
10 веских причин обновиться до Windows 10
Ниже рассматривается схема с использованием внешней USB звуковой карты стоимостью около 2 долларов.
Кроме адаптера понадобятся:
- сопротивление на 120 кОм:
- коннектор mini Jake;
- щупы для измерений.
После приобретения всех запчастей проделать следующие шаги:
- Вскрыть аккуратно адаптер, так, чтобы не сломать защелки. Внутри будет небольшая плата.
- Снять конденсатор C6 и поставить на его место сопротивление на 120 кОм.
- Припаять к щупам коннекторы mini Jack вместо оригинальных и вставить их в адаптер.
- Скачать архив с драйверами устройства и распаковать его в папку. Вставить гаджет в компьютер.
- Компьютер запросит драйвера на новое устройство.
- Установить их, указав путь к папке.
- Нажать на кнопку «Далее» для установки драйверов.
Перед использованием осциллограф необходимо настроить.
Настройка изделий
После сборки USB-осциллографа, на последнем этапе нужно прошить чип памяти EEPROM flash 24LC64. Для этого:
- Скачать и установить на компьютер приложение Cypress Suite.
- Запустить программу и перейти в меню EZ Console.
- Нажать на надпись «LG EEPROM».
- Появится окно с файлом прошивки. Выбрать его и запустить клавишей Enter.
- Если появилась ошибка «Error», запустить операцию прошивки снова.
- После успешного окончания процесса должна появиться надпись «Done». Осциллограф готов к работе.
Перед запуском осциллоскопа на основе внешнего аудиоадаптера проделать следующие действия:
- Сохранить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из скачанного архива в отдельной папке. Открыть miniscope.exe.
- После запуска программы, зайти в настройки и произвести действия, показанные на рисунках.
- Для проверки работоспособности подать тестовый сигнал. Должна появиться синусоида.
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.
Готовые изделия перед включением обязательно заземлить. Соблюдать осторожность при подаче сигнала на порт звукового адаптера.
DIY осциллограф для смартфона с использованием Raspberry Pi Pico
Чтобы сделать свой собственный осциллограф Pi Pico для смартфона вам понадобится минимальное количество деталей.
Необходимые компоненты:
№ | КОМПОНЕНТЫ | ОПИСАНИЕ | КОЛИЧЕСТВО | ССЫЛКА |
1 | Raspberry Pi Pico | Отладочная плата Raspberry Pi Pico RP2040 | 1 шт | Купить |
2 | Резистор | 100 кОм | 1 шт | Купить |
3 | Резистор | 1 кОм | 2 шт | Купить |
4 | Макетная плата | Bread board | 1 шт | Купить |
5 | USB-кабель | Type-A – microUSB | 1 шт | |
6 | USB-кабель OTG | для подключения к смартфону | 1 шт | |
7 | Соединительные провода | Набор соединительных проводов папа-папа | 1 набор | Купить |
О Raspberry Pi Pico:
Raspberry Pi Pico оснащен микроконтроллером RP2040 с двухъядерным процессором Arm Cortex-M0+ с 264 КБ внутренней памяти и поддержкой до 16 МБ внешней флэш-памяти . Он имеет широкий спектр гибких вариантов ввода-вывода, включая I2C, SPI и уникальные программируемые порты ввода-вывода.
На задней панели этой платы контакты пронумерованы как GP26 и GP27 , которые являются аналоговыми контактами. Мы будем использовать эти контакт для обнаружения сигнала, так как любой сигнал, подаваемый извне, должен быть в форме синуса, меандра или любого аналогового сигнала.
Программное обеспечение:
Scoppy — это осциллограф и логический анализатор, работающий на вашем Android-смартфоне и Raspberry Pi Pico . Программирование не требуется. Приложение, и прошивку можно загрузить бесплатно, поскольку это проект с открытым исходным кодом. Вы можете скачать его из Play Market . Установка очень проста и займет всего несколько минут. Скачать Scoppy для Android.
Цель проекта Scoppy — предоставить новичкам и любителям электроники доступ к сверхдешевому осциллографу, полезному для просмотра низкочастотных сигналов низкого напряжения . Scoppy также является логическим анализатором с частотой дискретизации 25 MS/s.
Требования для использования Scoppy:
- Android-устройство под управлением Android версии 6.0 (Marshmallow) или выше.
- Адаптер/кабель USB OTG, совместимый с вашим телефоном/планшетом
- Плата Raspberry Pi Pico
Как использовать Scoppy с Raspberry Pi Pico
- Установите приложение Scoppy для Android из Play Store.
- Загрузите прошивку на свой компьютер с GitHub. Прошивка pico-scoppy-v10.uf2.
Нажмите кнопку BOOTSEL на Pico и подключите его к компьютеру. Скопируйте файл uf2 на свой Pico. Встроенный светодиод должен начать мигать.
Подключите адаптер/кабель OTG к USB-входу устройства Android. Другой конец подключается к USB-кабелю, который вы подключили к Pico.
Старт Scopy
Подключите выход + ve вашего источника сигнала к GPIO26 Pico, а землю к GND . Это позволит вам измерять сигналы между 0 В и 3,3 В. Разумеется, напряжение сигнала должно находиться в пределах допустимого диапазона выводов АЦП RP2040. Для канала 2 подключите сигнал к GPIO27.
Если у вас нет подходящего источника сигнала, вы можете просмотреть тестовый сигнал на GPIO 22, подключив его напрямую к контактам ADC (GPIO 26 и 27). GPIO 22 представляет собой меандр с частотой 1 кГц и коэффициентом заполнения 50%.
Сборка осциллографа
Теперь вопрос, как подать внешний сигнал на самодельный осциллограф. Для этого мы будем использовать резистор очень высокого номинала 100K , и подключим его к контакту GP26. Это защитит Pi Pico от перегрузки по току. Так же нам понадобится пара резисторов 1K. Один резистор должен быть подключен к контакту GND, а другой к контакту 3,3 В. Затем соедините второй конец резисторов вместе. Мы делаем это, потому что нам нужно измерять как отрицательные , так и положительные сигналы.
Мы будем подавать сигнал на этот вывод GP26 через резистор 100K. А другой контакт — это виртуальный заземляющий контакт. При подаче входного сигнала используются оба этих вывода.
Подключите USB OTG к смартфону, а другой конец — к плате Raspberry Pi Pico. На вашем смартфоне вы увидите всплывающее окно. Он попросит разрешить scoppy доступ к Pico. Нажмите «ОК».
Проведем тесты на встроенном генераторе сигналов, для этого подключим GP26 через резистор 100К к GP22.
Результаты тестов:
Меандр частота 100Hz, заполнение 50%
Меандр частота 1kHz, заполнение 50%
Меандр частота 5kHz, заполнение 50%
Меандр частота 10kHz, заполнение 50%
Меандр частота 20kHz, заполнение 50%
Меандр частота 50kHz, заполнение 50%
Измерение сигналов высокого напряжения
Pico может считывать сигналы только до 3,3 В. Поскольку мы используем делитель напряжения , минимальный диапазон составляет -1,65 В , а максимальный диапазон составляет +1,65 В. Таким образом, он может измерять только входное напряжение до 3,3 В. Что делать, если мы хотим измерить что-нибудь выше 3,3 В.
Вот схема делителя напряжения, которая разбивает сигнал на 3 выборки: x100, x10, x1. Вы можете использовать поворотный переключатель и выбрать диапазон согласно вашему требованию.
Простой самодельный осциллограф из смартфона
Хороший осциллограф — слишком дорогое оборудование для обычного радиолюбителя, для которого пайка микросхем и ремонт электроники — просто хобби. Если необходимо контролировать электрические сигналы без получения предельно точных результатов, вполне можно обойтись самодельным прибором. Такой осциллограф подключается к экрану смартфона и работает под управлением специального бесплатного приложения. Его изготовление обойдется недорого и займет всего пару часов с учетом сбора материалов.
Материалы:
- Штекер 3,5 мм от наушников;
- провода
- термоусадка;
- Стабилитрон 2,2 В;
- Резистор 2,2K;
- Резистор 1K;
- тестовый зажим;
- чехол от маркера;
- Гвоздика мебельная.
Осциллограф в сборе
На рисунке представлена схема простого осциллографа – пробника для смартфона, которую необходимо повторить. Очень важно использовать резисторы с такой же цветовой маркировкой, как в примере, так как это позволит получить от прибора максимальную чувствительность и точность.
Сборку следует начинать с подготовки штекера mini-jack 3,5 мм от наушников. От него отрезается пластиковая часть, после чего припаиваются 2 провода как показано на схеме осциллографа.
Припаянные провода должны быть дополнительно закреплены и изолированы. Для этого достаточно наложить 2 слоя термоусадочной трубки.
Рядом с головкой маленькой мебельной шпильки нужно припаять однопроволочный провод.
Место пайки изолировано термоусадкой. Гвоздика будет выполнять функцию положительного электрода.
Провод со шпилькой вставляется в корпус маркера при снятом стержне. В результате электрод должен заменить пишущий наконечник маркера. Также нужно вставить проводок от разъема 3,5 мм в пробитое отверстие в задней крышке маркера.
Далее нужно подключить параллельно и припаять стабилитрон с резистором 1К. Согласно схеме устройства к ним припаян резистор на 2,2К.
Боковое отверстие сделано в корпусе маркера ближе к пишущей части. В него продевается отдельная проволока, второй конец которой выходит с обратной стороны фломастера.
К выходному проводу припаян стабилитрон с резистором 1К. Также к ним нужно подключить жилу питания от разъема 3,5 мм. Важно соблюдать полярность, как на схеме. Вторая жила от миниджека припаяна к резистору 2,2К.
К оставшемуся концу резистора 2,2К необходимо подключить провод со шпилькой. Все соединения защищены термоусадкой. После этого резисторы и стабилитрон нужно спрятать в корпус маркера, закрыв его задней крышкой.
Провод, прикрепленный к боковой стороне маркера, соединенный с резистором 1K и стабилитроном, необходимо припаять к тестовому зажиму.
После этого аппаратная часть устройства полностью готова.
Далее необходимо установить на смартфон приложение Oscilloscope Pro 2. Осциллограф подключается к телефону и может использоваться по прямому назначению под управлением этой программы. В качестве массы используется его тестовая клипса, а зубчатый электрод на маркере – плюс. Приложение в связке с самодельным прибором позволяет настраивать пороги, просматривать форму сигнала на дисплее и многое другое.
Посмотреть видео
Превратите свой смартфон в осциллограф – Oz Robotics
Превратите свой смартфон или планшет в осциллограф
Это портативная платформа. Можно использовать любое хост-устройство, которое вы предпочитаете. Сенсорный интерфейс iPad представляет собой достойную альтернативу традиционным осциллографам. С его программным обеспечением вы можете потратить больше времени на отладку, чем с интерфейсом осциллографа.
Руководства по продуктам
Если применимо, документация по продукту, брошюра, справочные материалы, проект(ы) САПР, файл(ы) .STEP и другие файлы чертежей, руководства и учебные пособия будут доступны для загрузки при покупке. Кроме того, электронное письмо с подтверждением заказа будет содержать ссылку для загрузки на файл(ы) продукта, который при необходимости также можно загрузить из раздела Моя учетная запись .
Политика доставки
МЫ ДОСТАВЛЯЕМ ПО ВСЕМУ МИРУ: В основном мы отправляем через FedEx, UPS, DHL, EMS, TNT и USPS, поскольку они быстрые, надежные и легко отслеживаемые. Обычно мы отправляем в течение двух-трех рабочих дней после полной оплаты. Стандартная доставка обычно происходит в течение 5-7 рабочих дней после даты отправки. Однако иногда доставка может занять от 7 до 10 рабочих дней, в зависимости от пункта назначения доставки, режима логистики, погодных условий, веса продукта, размера или структуры распределения транспортной компании на основе перепланирования, например нехватки персонала, вызванной COVID. СТОИМОСТЬ ДОСТАВКИ: Для некоторых промышленных товаров, например тяжелых колес, станков с ЧПУ и т. д., стоимость доставки рассчитывается на основе веса продукта, а не количества. Чтобы воспользоваться более низкой стоимостью доставки для заказов, состоящих из нескольких товаров, не стесняйтесь обращаться к нам по адресу [email protected]. Наши тарифы на доставку очень четко указаны на странице каждого продукта во вкладке «ДОСТАВКА». Кроме того, чтобы увидеть стоимость доставки для вашей страны, добавьте товар в корзину; Вы увидите стоимость доставки в зависимости от вашей страны и местоположения. ТАМОЖНИ И ТАРИФЫ: Хотя не для всех продуктов требуется тариф, для некоторых продуктов может потребоваться минимальный тариф, если это применимо в вашей стране, для заказов на сумму 800,00 долларов США и выше.
Политика возврата
COVID: Мы приостанавливаем возврат продукции из-за текущей пандемии COVID-19, если нет производственного брака.
Пожалуйста, изучите продукт и задайте нам вопросы перед покупкой. Спасибо. ОТМЕНА ЗАКАЗА: После размещения заказа у вас есть 5 часов, чтобы запросить отмену заказа. Через 5 часов ваши товары либо уже отправлены, либо подготовлены к отправке, либо в настоящее время изготавливаются на заказ. Это означает, что мы не будем обрабатывать ваш запрос на отмену по истечении этого периода. Размещая заказ, вы подтверждаете, что согласны с нашей Политикой отмены заказа. ПЛАТА ЗА УСЛУГИ PAYPAL и STRIPE: Обратите внимание, что PayPal и Stripe не возмещают плату за обслуживание, которую они взимают при покупке продукта. Поэтому после размещения заказа, если вы передумаете и попросите возмещение, мы вычтем плату за обслуживание для PayPal или Stripe, в зависимости от того, какой из них вы использовали для покупки. Если у вас есть какие-либо вопросы по этому поводу, обратитесь в PayPal или Stripe.Ссылка на продукт будет добавлена к вашему вопросу автоматически при отправке.
Пока нет вопросов. Будьте первым, кто задаст вопрос об этом товаре.
Начните продавать на Oz Robotics
Продайте свое Аппаратное обеспечение , Программное обеспечение , Технические книги и даже Внештатные технические услуги .