Oscilloscope arduino-processing

Электрическая схема

Если вам необходим приставка к компьютеру, то сделать осциллограф будет гораздо сложнее. Сегодня в интернете можно отыскать довольно большое количество разных схем этих устройств, и для изготовления, например, двухканального осциллографа вам будет необходимо только их продублировать. Второй канал зачастую актуален в случае, когда надо сравнивать два сигнала или же осциллограф используется для подключения внешней синхронизации.

Как правило, схемы очень простые, но так, вы самостоятельно обеспечите очень большой диапазон доступных измерений, используя минимум радиодеталей. Причем аттенюатор, который изготавливается по классической схеме, потребовал бы от вас наличие узкоспециализированных высокомегаомных резисторов, а его сопротивление на входе все время менялось при переключении диапазона. Поэтому вы бы испытывали некоторые ограничения при использовании обычных осциллографических проводов, рассчитанных на импеданс входа не больше 1 мОм.

Как выбрать резисторы делителя напряжения

Из-за того, что зачастую радиолюбители испытывают сложности с тем, чтобы подобрать прецизионные резисторы, часто бывает так, что приходится выбирать устройства широкого профиля, которые надо максимально точно подогнать, иначе сделать своими руками осциллограф из компьютера не получится.

Подстроечные резисторы делителя напряжения

В этом случае каждое плечо делителя имеет два резистора, один является постоянным, второй – подстроечный. Минус этого варианта, это его громоздкость, но точность ограничивается лишь тем, какие доступные характеристики имеет измерительный аппарат.

Как выбрать обычные резисторы

Еще один вариант сделать осциллограф из компьютера – это выбрать пары резисторов. Точность в этом случае обеспечивается благодаря тому, что используются пары из двух комплектов с довольно приличным разбросом

Тут важно изначально выполнить тщательные замеры всех устройств, а после подобрать пары, суммарное сопротивление которых будет самым подходящим для вашей схемы

Сегодня подгонка резисторов с помощью удаления части пленки часто используется даже в современной промышленности, то есть так, нередко делается осциллограф из компьютера.

Но нужно сказать, что если вы хотите подгонять высокоомные резисторы, то резистивная пленка не должна быть разрезана насквозь. Так как в этих устройствах она находится на цилиндрической поверхности в виде спирали, потому делать подпил надо предельно аккуратно, чтобы не допустить разрыва цепи. Затем:

После, когда резистор полностью подогнан, место пропила покрывают слоем специального защитного лака.

Сегодня этот способ наиболее быстрый и простой, но при этом дает хорошие результаты, что и сделало его оптимальным для домашних условий.

Что нужно учесть

Существует ряд правил, которые необходимо выполнять в любом случае, если решили проводить эти работы:

• Используемый компьютер для осциллографа обязательно нужно заземлить.
• Нельзя подключать заземление к розетке. Оно подсоединяется через специальный корпус линейного входного разъема с корпусом системного блока. В данном случае, независимо, попадаете ли вы в фазу или ноль, у вас не будет замыкания.

Говоря иначе, в розетку может подсоединяться только провод, который соединяется с резистором, и находится в схеме адаптера с номинальным значением один мегом. Если же вы попробуете включить в сеть провод, который контактирует с корпусом, то почти во всех случаях это обязательно приведет к самым плачевным последствиям.

В наше время использование различных измерительных устройств, построенных на базе взаимодействия с персональным компьютером, достаточно много. Значительным преимуществом их использования является возможность сохранения полученных значений достаточно большого объема в памяти устройства, с последующим их анализом.

Цифровой USB осциллограф из компьютера, описание которого мы приводим в данной статье, является одним из вариантов подобных измерительных инструментов радиолюбителя. Его можно применить в качестве осциллографа и устройства записывающего электрические сигналы в оперативную память и на жесткий диск компьютера.

Схема не сложная и содержит минимум компонентов, в результате чего удалось добиться хорошей компактности устройства.

Технические данные и область применения.

Так как во входных цепях аудиокарты есть разделительный конденсатор, то и осциллограф может использоваться только с «закрытым входом». То есть, на его экране можно будет наблюдать только переменную составляющую сигнала. Однако, при некоторой сноровке, с помощью осциллографа «AudioTester» можно измерить и уровень постоянной составляющей. Это может пригодиться, например, когда время отсчёта мультиметра не позволяет зафиксировать амплитудное значение напряжения на конденсаторе, заряжающемся через большой резистор.

Нижний предел измеряемого напряжения ограничен уровнем шума и уровнем фона и составляет примерно 1мВ. Верхний предел ограничивается только параметрами делителя и может достигать сотен вольт.

Частотный диапазон ограничен возможностями аудиокарты и для бюджетных аудиокарт составляет: 0,1Гц… 20кГц (для синусоидального сигнала).

Конечно, речь идёт о довольно примитивном приборе, но в отсутствие более продвинутого девайса, вполне может сгодиться и этот.

Прибор может помочь в ремонте аудиоаппаратуры или использоваться в учебных целях, особенно если его дополнить виртуальным генератором НЧ. Кроме этого, с помощью виртуального осциллографа легко сохранить эпюру для иллюстрации какого-либо материала, или для размещения в Интернете.

Вернуться наверх к меню.

8 человек сделали этот проект!

• Смотрите еще 4

Вы сделали этот проект? Поделитесь этим с нами!

44 обсуждения

2 дня назад

Как я могу принять сигнал от осциллографа до Arduino?

Вопрос 4 недели назад

Какая самая высокая частота, которую можно собрать?

5 недель назад

8 недель назад

Спасибо за ваш хороший пост! Настоящий осциллограф слишком дорогой. С такими инструментами у каждого может быть простой осциллограф, но каковы ограничения этого осциллографа Arduino?

2 месяца назад

Я сделал то, что вы сказали выше … но я не получаю вывод в ide.can u plzz, объясните, как вы взаимодействовали с aurdino и обработкой 3. Мы делаем тот же проект, вы можете помочь мне plzz ….

Ответить 2 месяца назад

Вы сделали Шаг 6? Вы должны настроить последовательный режим, щелкнув мышью на «выбрать последовательный» (com1, com2, …) и щелкнув «выбрать скорость» (115200), а затем нажмите «выкл», чтобы изменить его на «вкл».

2 месяца назад

Хорошая работа. Есть ли способ увеличить размер окна и все масштабировать?

Ответить 2 месяца назад

Да. Вы должны изменить команду «size (660, 700)», которая находится в «void setup () {..}» в программе «Обработка».Как и в случае использования абсолютных пикселей, вы должны изменить всю информацию о каждом объекте (кнопка, циферблат, флажок и т. Д.)

Ответить 2 месяца назад

Bro. !!! У вас есть выход .. если это так, вы можете объяснить мне, как это работает …. Я сделал те же и точные шаги, но я не получаю вывод …

4 месяца назад

Большое спасибо! Работает как шарм! Именно то, что я искал.

4 месяца назад

Спасибо, работает отлично!

5 месяцев назад

Привет, Отличный проект Спасибо 🙂

6 месяцев назад

это то, что я ищу! прекрасная работа! но, к сожалению, область не находит мой правильный последовательный порт.Я использую Ubuntu. В Arduino IDE всегда отображается «/ dev / ttyS0» и, если Arduino подключен к «/ dev / ttyUSB0» (… USB1)Есть ли решение для этого?

Ответить 6 месяцев назад

Если вы подключите Arduino после запуска программы, вы должны щелчок на «обновить», чтобы получить новые подключения, и после нажмите на имя подключения «/ dev / ..», чтобы показать новые подключения

Ответить 6 месяцев назад

Я установлю Linux, чтобы проверить проблему!Спасибо!

6 месяцев назад

с предварительно скомпилированной версией 1.3 теперь она работает отлично! я думаю, что для обработки файлов тоже нужно обновить до 1.3

Ответить 6 месяцев назад

6 месяцев назад

#включают TimerOne.h: нет такого файла или каталогаошибка

Ответить 6 месяцев назад

Сделали ли вы шаг 2 (Шаг 2: установите IDE Arduino и библиотеку TimerOne.h)?

7 месяцев назад

Сборка своими руками

Для создания осциллографа Arduino подойдет любая модель, кроме Мега. Чаще всего для создания прибора используют Arduino UNO. Кроме этого потребуется подготовить некоторые комплектующие:

• Ардуин версия Уно;
• делитель (по два резистора на 1,5 и на 3 Ком и 1 на 1КОм);
• стабилитрон 5.1 вольт;
• два щупа;
• конденсатор 0.1мкФ;
• цветной дисплей (подойдет от телефона);
• переключатели 2 шт.

Схема сборки осциллографа на основе Ардуино

После того, как все будет спаяно потребуется установить специальную программу на ПК и скопировать скетч осциллографа. Тогда можно будет посмотреть работу нового проекта и изменение сигнала напряжения какого-либо устройства, чтобы увидеть его форму.

Установка программы для Ардуино

Чтобы на экране наблюдать работу устройства потребуется установить программу, которая способна вывести сигнал на экран и преобразовать его в кривую, определенного вида. Для этого можно воспользоваться программой Processing или любой другой, которая позволит управлять графическим дисплеем.

Программа Processing в работе

Кроме этого потребуется скетч для осциллографа на Ардуино с экраном, который нужно загрузить в программу.

Код для IDE Ардуино (вставка из файла)

Нажав на кнопку запуска программы получится увидеть временный график состояния аналогового выхода.

Как можно получить осциллограф

Оборудование можно заполучить несколькими способами и все зависит исключительно от размера денежных средств, которые можно потратить на приобретение оборудования или деталей.

Можно:

• Купить готовый прибор в специализированном магазине или заказать его по сети;
• Купить конструктор, например, широкой популярностью сейчас пользуются наборы радиодеталей, корпусов, которые продаются на китайских сайтах;
• Самостоятельно собрать полноценный портативный прибор;
• Смонтировать только приставку и щуп, а подключение организовать к персональному компьютеру.

Эти варианты приведены в порядке снижения затрат на оборудование. Покупка готового осциллографа будет стоить дороже всего, так как это уже доставленный и работающий блок со всеми необходимыми функциями и настройками, а в случае некорректной работы можно обратиться в центр продажи.

В конструктор входит схема простого осциллографа своими руками, а цена снижается за счет оплаты только себестоимости радиодеталей. В этой категории также необходимо различать более дорогие и простые по комплектации и функционалу модели.

Сборка прибора самому по имеющимся схемам и приобретенных в разных точках радиодеталях не всегда может оказаться дешевле, чем приобретение конструктора, поэтому необходимо предварительно оценивать стоимость затеи, ее оправданность.

Наиболее дешевым способом заполучить осциллограф станет спаять только приставку к нему. Для экрана использовать монитор компьютера, а программы для снятия и трансформации получаемых сигналов можно скачать с разных источников.

Как измерить выходное сопротивление линейного выхода?

Этот параграф можно пропустить. Он рассчитан на любителей мелких подробностей.

Выходное сопротивление (выходной импеданс) линейного выхода, рассчитанного на подключение телефонов (наушников), слишком мало, чтобы оказать существенное влияние на точность измерений, которые нам предстоит выполнить в следующем параграфе.

Так для чего измерять выходной импеданс?

Так как мы будем использовать для калибровки осциллографа виртуальный низкочастотный сигнал-генератор, то его выходной импеданс будет равен выходному импедансу линейного выхода (Line Out) звуковой карты.

Убедившись в том, что выходной импеданс мал, мы можем предотвратить грубые ошибки при измерении входного импеданса. Хотя, даже при самом плохом стечении обстоятельств эта ошибка вряд ли превысит 3… 5%. Откровенно говоря, это даже меньше возможной ошибки измерений. Но, известно, что ошибки имеют привычку «набегать».

При использовании генератора для ремонта и настройки аудиотехники тоже желательно знать его внутренне сопротивление. Это может пригодиться, например, при измерении ESR (Equivalent Series Resistance) эквивалентного последовательного сопротивления или попросту реактивного сопротивления конденсаторов.

Мне, благодаря этому измерению, удалось выявить самый низкоомный выход в моей аудиокарте.

Если у аудиокарты всего одно выходное гнездо, то тогда всё ясно. Оно одновременно является и линейным выходом и выходом на телефоны (наушники). Его импеданс, как правило, мал, и его можно не измерять. Именно такие аудио-выходы используются в ноутбуках.

Когда же гнёзд целых шесть и есть ещё парочка на передней панели системного блока, а каждому гнезду можно назначить определённую функцию, то выходное сопротивление гнёзд может существенно отличаться.

Обычно, самый низкий импеданс соответствует гнезду салатового цвета, которое по-умолчанию и является линейным выходом.

Пример замера импеданса нескольких разных выходов аудиокарты установленных в режим «Телефоны» и «Линейный выход».

Как видно из формулы, абсолютные значения измеренного напряжения роли не играют, потому эти замеры можно делать задолго до калибровки осциллографа.

Пример расчёта.

R1 = 30 Ом.

U1 = 6 делений.

U2 = 7 делений.

Rx = 30(7 – 6) / 6 = 5 (Ом).

Вернуться наверх к меню.

Как выровнять амплитудно-частотную характеристику адаптера?

Линейный вход аудиокарты, да и сами цепи адаптера обладают некоторой входной ёмкостью. Реактивное сопротивление этой ёмкости изменяет коэффициент деления делителя на высоких частотах.

Чтобы выровнять частотную характеристику адаптера в диапазоне 1:1, нужно подобрать ёмкость конденсатора C1 так, чтобы амплитуда сигнала на частоте 50 Гц была равна амплитуде сигнала частотой 18-20 кГц.

Резисторы R2 и R3 снижают влияние входной ёмкости и создают подъём частотной характеристики в области высоких частот. Компенсировать этот подъём можно путём подбора конденсаторов С2 и С3 в соответствующих диапазонах 1:20 и 1:100.

У подобрал следующие ёмкости: C1 – 39pF, C2 – 10nF, C3 – 0,1nF.

Теперь, когда канал Y верикального отклонения осциллографа откалиброван и линеаризован, можно увидеть, как выглядят те или иные периодические, и не только, сигналы. В «AudioTester-e» есть «ждущая синхронизация развёртки».

Вернуться наверх к меню.

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:

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.

Преобразование компьютера в осциллограф

Осциллограф своими руками

После уточнения исходных данных компьютера и личных потребностей приступают к выбору электрической схемы.

Для ознакомления с профессиональными решениями можно изучить конструкции серийных измерительных приборов

Схема приставки

Для качественного воспроизведения без богатого практического опыта лучше выбирать относительно простые конструкции. Впрочем, представленная ниже электрическая схема вполне способна обеспечить минимальное искажение сигналов одновременно с выполнением защитных функций.

Эту схему адаптера можно создать быстро без лишних затруднений

Описание:

• резисторы приставки оценивают в совокупности с Rвх компьютера, чтобы правильно рассчитать параметры делителя;
• конденсаторами выравнивают АЧХ;
• стабилитроны, установленные показанным на рисунке образом, предотвращают повреждение звукового входа компьютера при подаче сигнала с большой амплитудой (положение переключателя «1:1»);
• дополнительно защиту по току обеспечивает R1.

Вряд ли можно рассчитывать на полные паспортные данные, особенно при наличии старой компьютерной техники. Скорее всего, придется измерить импеданс на входе звуковой карты. Для этого на выходе этого же блока создают образцовый сигнал (50 Гц, синусоида) с применением специальной программы «Виртуальный генератор». Следующий расчет выполняют по формуле:

Rx=R1*(U1/(U2-U1)).

Пример:

60*(120/(520-120))= 18 кОм.

Зная входное сопротивление, создают делитель напряжения по одной из представленных схем

Сбор приставки

Чтобы исключить паразитное влияние внешнего электромагнитного излучения, приставку размещают в металлическом корпусе. Создать его можно из подходящего дюралюминиевого листа толщиной 1,5-2 мм. На входе закрепляют разъем типа СР-50, чтобы подключать без проблем типовые щупы. Выход – гибкий кабель с вилкой Jack, которая соответствует входному гнезду аудиокарты компьютера. Для сборки простой электрической схемы вполне подойдет технология навесного монтажа.

Защита от «дурака».

Чтобы обезопасить линейный вход аудиокарты от случайного попадания высокого напряжения, параллельно входу установлены стабилитроны VD1 и VD2.

Резистор R1 ограничивает ток стабилитронов до 1мА, при напряжении 1000 Вольт на входе 1:1.

Если Вы, действительно, собираетесь использовать осциллограф для измерения напряжения до 1000 Вольт, то в качестве резистора R1 можно установить МЛТ-2 (двухваттный) или два МЛТ-1 (одноваттных) резистора последовательно, так как резисторы различаются не только по мощности, но и по максимально-допустимому напряжению.

Конденсатор С1 также должен иметь максимальное допустимое напряжение 1000 Вольт.

Небольшое пояснение вышесказанного. Иногда требуется взглянуть на переменную составляющую сравнительно небольшой амплитуды, которая, тем не менее, имеет большую постоянную составляющую. В таких случаях нужно иметь в виду, что на экране осциллографа с закрытым входом можно увидеть только переменную составляющую напряжения.

На картинке видно, что при постоянной составляющей 1000 Вольт и размахе переменной составляющей 500 Вольт, максимальное напряжение, приложенное к входу, будет 1500 Вольт. Хотя, на экране осциллографа мы увидим только синусоиду амплитудой 500 Вольт.

Вернуться наверх к меню.

рекомендации

44 обсуждения

2 дня назад

Как я могу принять сигнал от осциллографа до Arduino?

Вопрос 4 недели назад

Какая самая высокая частота, которую можно собрать?

5 недель назад

Вот способ использования старого аналогового осциллографа с веб-камерой, чтобы получить функции типа цифрового запоминающего осциллографа (по крайней мере, базовый DSO функции): http://www.fadstoobsessions.com/Downloads-Products/Webcam-Oscilloscope.phpСсылка на YouTube для демонстрации возможностей. https://www.youtube.com/watch?v=Df9Vid53Hg8

8 недель назад

Спасибо за ваш хороший пост! Настоящий осциллограф слишком дорогой. С такими инструментами у каждого может быть простой осциллограф, но каковы ограничения этого осциллографа Arduino?

2 месяца назад

Я сделал то, что вы сказали выше … но я не получаю вывод в ide.can u plzz, объясните, как вы взаимодействовали с aurdino и обработкой 3. Мы делаем тот же проект, вы можете помочь мне plzz ….

Ответить 2 месяца назад

Вы сделали Шаг 6? Вы должны настроить последовательный режим, щелкнув мышью на «выбрать последовательный» (com1, com2, …) и щелкнув «выбрать скорость» (115200), а затем нажмите «выкл», чтобы изменить его на «вкл».

2 месяца назад

Хорошая работа. Есть ли способ увеличить размер окна и все масштабировать?

Ответить 2 месяца назад

Да. Вы должны изменить команду «size (660, 700)», которая находится в «void setup () {..}» в программе «Обработка».Как и в случае использования абсолютных пикселей, вы должны изменить всю информацию о каждом объекте (кнопка, циферблат, флажок и т. Д.)

Ответить 2 месяца назад

Bro. !!! У вас есть выход .. если это так, вы можете объяснить мне, как это работает …. Я сделал те же и точные шаги, но я не получаю вывод …

4 месяца назад

Большое спасибо! Работает как шарм! Именно то, что я искал.

4 месяца назад

Спасибо, работает отлично!

5 месяцев назад

Привет, Отличный проект Спасибо 🙂

6 месяцев назад

это то, что я ищу! прекрасная работа! но, к сожалению, область не находит мой правильный последовательный порт.Я использую Ubuntu. В Arduino IDE всегда отображается «/ dev / ttyS0» и, если Arduino подключен к «/ dev / ttyUSB0» (… USB1)Есть ли решение для этого?

Ответить 6 месяцев назад

Если вы подключите Arduino после запуска программы, вы должны щелчок на «обновить», чтобы получить новые подключения, и после нажмите на имя подключения «/ dev / ..», чтобы показать новые подключения

Ответить 6 месяцев назад

Я установлю Linux, чтобы проверить проблему!Спасибо!

6 месяцев назад

с предварительно скомпилированной версией 1.3 теперь она работает отлично! я думаю, что для обработки файлов тоже нужно обновить до 1.3

Ответить 6 месяцев назад

6 месяцев назад

#включают TimerOne.h: нет такого файла или каталогаошибка

Ответить 6 месяцев назад

Сделали ли вы шаг 2 (Шаг 2: установите IDE Arduino и библиотеку TimerOne.h)?

7 месяцев назад

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.

Вместе с тем поверхностного изучения темы достаточно для понимания относительной простоты данной проблемы. В каждом ПК есть звуковая карта. Не вызывает чрезмерных сложностей создание регулятора-ограничителя входного сигнала. Измерения можно преобразовать в удобную форму с помощью специальной программы симулятора. Представленные ниже инструкции помогут создать виртуальный осциллограф быстро, без ошибок и лишних затрат.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине