Tehnologije ne mirujejo in slediti jim ni vedno lahko. Obstajajo novi izdelki, ki bi jih rad podrobneje razumel. To še posebej velja za različna orodja, ki vam omogočajo, da korak za korakom sestavite skoraj vsako preprosto napravo. Zdaj vključujejo plošče Arduino z njihovimi kloni, kitajske mikroprocesorske računalnike in že pripravljene rešitve, ki so priložene programski opremi.

Vendar je za delo s celotno paleto zanimivih novih izdelkov, navedenih zgoraj, kot tudi za popravilo digitalne opreme potrebno drago, visoko natančno orodje. Med takšno opremo je osciloskop, ki vam omogoča branje frekvenčnih odčitkov in izvajanje diagnostike. Pogosto so njegovi stroški precej visoki in začetniki eksperimentatorji si ne morejo privoščiti tako dragega nakupa. Tu pa na pomoč priskoči rešitev, ki se je na številnih radioamaterskih forumih pojavila tako rekoč takoj po pojavu tablic na sistemu Android. Njegovo bistvo je narediti osciloskop iz tabličnega računalnika z minimalnimi stroški, brez kakršnih koli sprememb ali sprememb v vašem pripomočku ter odpraviti tveganje poškodb.

Kaj je osciloskop

Osciloskop, kot naprava za merjenje in spremljanje nihanj frekvence v električnem omrežju, poznamo že od sredine prejšnjega stoletja. Vsi izobraževalni in strokovni laboratoriji so opremljeni s temi napravami, saj je le z njihovo pomočjo mogoče odkriti nekatere okvare ali natančno nastaviti opremo. Informacije lahko prikaže tako na zaslonu kot na papirnem traku. Odčitki vam omogočajo, da vidite obliko signala, izračunate njegovo frekvenco in intenzivnost ter posledično določite vir njegovega videza. Sodobni osciloskopi vam omogočajo risanje tridimenzionalnih barvnih frekvenčnih grafov. Danes se bomo osredotočili na preprosto različico standardnega dvokanalnega osciloskopa in jo implementirali s pomočjo priklopa na pametni telefon ali tablico in ustrezne programske opreme.

Najlažji način za izdelavo žepnega osciloskopa

Če je izmerjena frekvenca v območju frekvenc, ki jih sliši človeško uho, in raven signala ne presega standardne ravni mikrofona, potem lahko sestavite osciloskop iz tablice Android z lastnimi rokami brez dodatnih modulov. Če želite to narediti, je dovolj, da razstavite katero koli slušalko, ki mora imeti mikrofon. Če nimate ustreznih slušalk, boste morali kupiti 3,5 mm avdio vtič s štirimi nožicami. Preden spajkate sonde, preverite pinout konektorja vašega pripomočka, ker obstajata dve vrsti. Sonde morajo biti priključene na zatiče, ki ustrezajo priključku mikrofona na vaši napravi.

Nato morate iz Marketa prenesti programsko opremo, ki lahko meri frekvenco na vhodu mikrofona in na podlagi prejetega signala nariše graf. Takih možnosti je precej. Zato bo po želji veliko izbire. Kot smo že omenili, tablice ni bilo treba preoblikovati. Osciloskop bo pripravljen takoj po kalibraciji aplikacije.

Prednosti in slabosti zgornje sheme

Prednosti te rešitve so vsekakor enostavnost in nizki stroški montaže. Stare slušalke ali en nov priključek ne stanejo praktično nič in vzamejo le nekaj minut.

Toda ta shema ima številne pomembne pomanjkljivosti, in sicer:

• Majhen razpon izmerjenih frekvenc (odvisno od kakovosti zvočne poti pripomočka se giblje od 30 Hz do 15 kHz).
• Pomanjkanje zaščite za vaš tablični računalnik ali pametni telefon (če pomotoma priključite sonde na področja vezja z visoko napetostjo, lahko v najboljšem primeru zažgete mikrovezje, odgovorno za obdelavo zvočnega signala na vašem pripomočku, in v najslabšem primeru popolnoma onemogočite svoj pametni telefon ali tablico).
• Na zelo poceni napravah je velika napaka pri merjenju signala, ki doseže 10-15 odstotkov. Za natančno nastavitev opreme je takšna številka nesprejemljiva.

Izvedba zaščite, zaščite signala in zmanjšanje napak

Da bi delno zaščitili vašo napravo pred morebitno okvaro, pa tudi stabilizirali signal in razširili obseg vhodnih napetosti, lahko uporabite preprosto vezje osciloskopa za tablico, ki se že dolgo uspešno uporablja za sestavljanje naprav za računalnik. Uporablja poceni komponente, vključno z zener diodami KS119A in dvema uporoma 10 in 100 kOhm. Zener diode in prvi upor so povezani vzporedno, drugi, močnejši upor pa se uporablja na vhodu vezja za razširitev največjega možnega območja napetosti. Posledično izgine velika količina hrupa in napetost se dvigne na 12 V.

Seveda je treba upoštevati, da osciloskop iz tablice deluje predvsem z zvočnimi impulzi. Zato je vredno poskrbeti za kakovostno zaščito tako samega vezja kot sond. Po želji lahko podrobna navodila za sestavljanje tega vezja najdete na enem od tematskih forumov.

Programska oprema

Za delo s takšnim vezjem potrebujete program, ki lahko riše grafe na podlagi dohodnega zvočnega signala. Na trgu ga ni težko najti, možnosti je veliko. Skoraj vsi zahtevajo dodatno kalibracijo, tako da lahko dosežete največjo možno natančnost in naredite profesionalni osciloskop iz tablice. Sicer pa ti programi opravljajo v bistvu isto nalogo, zato je končna izbira odvisna od zahtevane funkcionalnosti in enostavnosti uporabe.

Domači set-top box z modulom Bluetooth

Če je potrebno širše frekvenčno območje, zgornja možnost ne bo delovala. Tu na pomoč prihaja nova možnost - ločen pripomoček, ki je set-top box z analogno-digitalnim pretvornikom, ki omogoča prenos signala v digitalni obliki. V tem primeru se zvočna pot pametnega telefona ali tablice ne uporablja več, kar pomeni, da je mogoče doseči večjo natančnost meritev. Pravzaprav so na tej stopnji le prenosni zaslon, vse informacije pa zbira ločena naprava.

Osciloskop lahko iz tablice Android z brezžičnim modulom sestavite sami. V omrežju je primer, kjer je bila podobna naprava leta 2010 izvedena z uporabo dvokanalnega analogno-digitalnega pretvornika na osnovi mikrokontrolerja PIC33FJ16GS504, modul Bluetooth LMX9838 pa je služil kot oddajnik signala. Naprava se je izkazala za precej funkcionalno, vendar jo je težko sestaviti, zato bo za začetnike nemogoča naloga. Toda po želji iskanje podobnega projekta na istih radijskih amaterskih forumih ni problem.

Pripravljeni set-top boxi z Bluetooth

Inženirji ne spijo in poleg rokodelskih izdelkov se v trgovinah pojavlja vse več sprejemnikov, ki opravljajo funkcijo osciloskopa in prenašajo signal prek Bluetooth kanala na pametni telefon ali tablico. Osciloskop, priključen na tablični računalnik, povezan prek Bluetootha, ima pogosto naslednje glavne značilnosti:

• Meja izmerjene frekvence: 1 MHz.
• Napetost sonde: do 10 V.
• Domet: približno 10 m.

Te lastnosti so povsem zadostne za vsakodnevno uporabo, vendar se v poklicnih dejavnostih včasih pojavijo primeri, ko ta obseg močno primanjkuje in preprosto ni realno uvesti večjega s počasnim protokolom Bluetooth. Kakšen izhod je lahko v tej situaciji?

Set-top osciloskopi s prenosom podatkov prek Wi-Fi

Ta možnost prenosa podatkov bistveno razširi zmogljivosti merilne naprave. Zdaj trg za osciloskope s tovrstno izmenjavo informacij med sprejemnikom in tabličnim računalnikom zaradi povpraševanja dobiva zagon. Takšni osciloskopi praktično niso slabši od profesionalnih, saj brez odlašanja prenesejo izmerjene informacije na tablični računalnik, ki jih takoj prikaže v obliki grafa na zaslonu.

Krmiljenje se izvaja preko enostavnih, intuitivnih menijev, ki kopirajo nastavitve običajnih laboratorijskih naprav. Poleg tega vam taka oprema omogoča snemanje ali predvajanje v realnem času vsega, kar se dogaja na zaslonu, kar je lahko nepogrešljiva pomoč, če morate za nasvet vprašati izkušenejšega tehnika, ki se nahaja na drugi lokaciji.

Lastnosti osciloskopa za set-top box z Wi-Fi povezavo se večkrat povečajo v primerjavi s prejšnjimi različicami. Takšni osciloskopi imajo merilno območje do 50 MHz in jih je mogoče spreminjati z različnimi adapterji. Pogosto imajo vgrajene baterije za avtonomno napajanje, da čim bolj zmanjšajo obremenitev delovnega mesta zaradi nepotrebnih žic.

Domače različice sodobnih nastavkov za osciloskope

Seveda se na forumih pojavlja porast različnih idej, s pomočjo katerih navdušenci poskušajo uresničiti svoje dolgoletne sanje - samostojno sestaviti osciloskop iz tablice Android s kanalom Wi-Fi. Nekateri modeli so uspešni, drugi ne. Zdaj je na vas, da se odločite, ali boste poskusili srečo in prihranili nekaj dolarjev tako, da boste napravo sestavili sami, ali pa boste kupili že pripravljeno različico. Če niste prepričani v svoje sposobnosti, je bolje, da ne tvegate, da kasneje ne obžalujete zapravljenih sredstev.

Sicer pa dobrodošel v eni od radioamaterskih skupnosti, kjer ti lahko dajo praktičen nasvet. Morda bodo kasneje po vaši shemi začetniki sestavili svoj prvi osciloskop.

Programska oprema za set-top box

Pogosto je skupaj s kupljenimi set-top osciloskopi priložen disk s programom, ki ga lahko namestite na tablico ali pametni telefon. Če takšen disk ni vključen v paketu, natančno preučite navodila za napravo - najverjetneje vsebuje imena programov, ki so združljivi s sprejemnikom in se nahajajo v trgovini z aplikacijami.

Prav tako lahko nekatere od teh naprav delujejo ne samo z napravami, ki poganjajo operacijski sistem Android, ampak tudi z dražjimi napravami Apple. V tem primeru bo program zagotovo v AppStore, saj druge možnosti namestitve ni. Po izdelavi osciloskopa iz tablice ne pozabite preveriti točnosti odčitkov in po potrebi kalibrirati naprave.

USB osciloskopi

Če nimate prenosne naprave, kot je tablica, imate pa prenosnik ali računalnik, ne skrbite. Iz njih lahko naredite tudi čudovito.Najenostavnejša možnost bi bila, da sonde povežete z mikrofonskim vhodom računalnika po istem principu, kot je opisano na začetku članka.

Vendar glede na svoje omejitve ta možnost morda ni primerna za vsakogar. V tem primeru se lahko uporabi USB osciloskop, ki bo zagotavljal enake lastnosti kot set-top box s prenosom signala preko Wi-Fi. Omeniti velja, da takšne naprave včasih delujejo z nekaterimi tablicami, ki podpirajo tehnologijo OTG za povezovanje zunanjih naprav. Seveda se tudi sami trudijo izdelati USB osciloskop in to precej uspešno. Vsaj veliko tem na forumih je posvečenih tej obrti.

Osciloskopi so se v zadnjih 20 letih spremenili tako kot televizorji. Od velikih, težkih škatel do kompaktnih naprav žepne velikosti z barvnimi zasloni LCD. Res je, da je strošek vedno bil in ostaja težko dosegljiv za začetnika radioamaterja. Toda situacija se bo kmalu spremenila, saj bo zdaj glavnino funkcij prevzel navaden pametni telefon. IkaScope je nova brezžična osciloskopska sonda, ki lahko prenaša meritve neposredno na vaš mobilni telefon ali prenosnik. IkaScope se poveže prek hitre WiFi povezave in deluje z napravami iOS, Android in Windows, vključno z OSX.

Brezžična osciloskopska sonda IkaScope je videti kot majhen marker. Uporablja WiFi povezavo za prenos signalov, ki bodo prikazani na katerem koli povezanem zaslonu (prenosni računalnik, pametni telefon, tablica ali namizni računalnik). Priložena je polnilna baterija, ki jo je mogoče polniti prek katerega koli USB priključka. IkaScope zagotavlja 4 kV galvansko ločitev od električnega omrežja.

Specifikacije

• Vrednost delitve je 10 mV/div. → 10 V/div
• Največja vhodna napetost 80 Vpp
• Pasovna širina 25 MHz
• Perioda 100 ns/div → 10 s/div
• Vhodna impedanca 1MΩ
• Začetek sprožitve
• Hitrost vzorčenja 200 MSPS
• Ločljivost 8 bitov
• Medpomnjenje 4K točk (4 x 1K točk)

Tako lahko potrdimo prihod nove dobe merilnih instrumentov - to so majhni, samonapajajoči se brezžični senzorji, znotraj katerih se izvaja vsa obdelava izmerjenega signala z nadaljnjim prenosom podatkov na kateri koli pametni telefon ali tablico. Poleg tega se bo spremljanje napetosti, kapacitivnosti, toka in drugih preprostih parametrov kmalu preselilo z digitalnih multimetrov na daljinske merilne sonde, ki delujejo s telefoni.

Članek opisuje set-top box za mobilni telefon Siemens, ki vam omogoča, da na njegovem zaslonu vidite oscilogram signala, ki se nanaša na vhod set-top box-a, ob upoštevanju lestvice vzdolž časovne in napetostne osi. Drugi mobilni telefoni, ki imajo serijska vrata in podpirajo Javo različico MIDP 2.0, se lahko uporabljajo na podoben način.

Mobilni telefon je postal poznan predmet v vsakdanjem življenju in mnogi ne slutijo, da gre za dokaj zmogljiv računalnik (takt procesorja nekaterih telefonov presega 100 MHz) z barvnim zaslonom, tipkovnico in dobrimi zvočnimi zmogljivostmi. Številni telefoni so opremljeni s serijskimi vrati, do katerih je mogoče dostopati programsko iz aplikacij Java (midlets) s podporo za Javo (platforma J2ME) in MIDP 2.O. Prek tega priključka lahko komunicirate z različnimi zunanjimi napravami, kar bistveno razširi standardni nabor funkcij mobilnega telefona. Med izdelki Siemens specifikacijo MIDP 2.0 podpirajo mobilni telefoni serije 65, 75 (na primer M65, S75).

Predlagani set-top box spremeni mobilni telefon v nekakšen osciloskop z vhodno impedanco 1 MOhm, hitrostjo skeniranja 0,001... 1 s/div in občutljivostjo 0,5...50 V/div. Povprečna vrednost vhodnega signala (njegova konstantna komponenta) je prikazana v digitalni obliki

Set-top box, katerega diagram je prikazan na sliki, krmili mikrokrmilnik PIC16F688 (DD2), ki vključuje bloke krmilnika ADC in serijskih vrat. Na žalost je vgrajeni ADC precej počasen, a za nizkofrekvenčni osciloskop njegova hitrost (največja frekvenca vzorčenja je desetine kilohercev) povsem zadostuje.

Za razliko od ravni signala, sprejetih v standardu RS232, so za serijska vrata mobilnega telefona značilne običajne ravni za logične čipe: log. 0 - približno 0 V, log. 1 - vsaj 3,6 V. To poenostavi seznanjanje telefona z MK, kar vam omogoča neposredno povezavo. Tečaj izmenjave informacij je izbran na 9600 Baud. Z višjo vrednostjo nekateri modeli in kopije telefonov delujejo nestabilno. LED HL1 zasveti, ko se paket prenese iz mikrokontrolerja v telefon.

Set-top box se napaja iz telefona. Ker so nožice 5–7 priključka XS1, povezanega s priključkom telefonskega sistema, povezane s skupno žico, krmilnik telefona meni, da je podatkovni kabel DCA-500 povezan z njim in dovaja 3,6 V iz svoje baterije na nožico 1 tega priključka . Negativno napetost za napajanje operacijskega ojačevalnika set-top boxa dobimo s pretvornikom polarnosti DA3. Vzporedni stabilizator napetosti DA1 in operacijski ojačevalnik DA2.2, povezan v skladu z vezjem repetitorja, zagotavlja vir referenčne napetosti 2,5 V.

Na multiplekserju DD1 in op-amp DA2.1 je sestavljen elektronski dušilnik, ki vam omogoča spreminjanje občutljivosti naprave glede na kodo, ki jo MK nastavi na naslovnih vhodih multiplekserja (zatiči 9 in 10 DD1) . Multipleksor preklopi upore R1-R3 v povratnem vezju operacijskega ojačevalnika, katerega upor mora natančno ustrezati tistemu, ki je prikazan na diagramu. S kodo 00 na naslovnih vhodih multiplekserja se signal, doveden na konektor XW1, prenese na izhod operacijskega ojačevalnika DA2.1 brez sprememb. Za druge kodne vrednosti je vhodni signal oslabljen za faktor 10, 100 ali 1000. Zadnja vrednost ni uporabljena zaradi nezadostne električne trdnosti upora R4 in kondenzatorja C1. Diode VD1-VD4 omejujejo napetost na pin 13 multiplekserja na 1,2 V (absolutna vrednost). Kaskada na operacijskem ojačevalniku DA2.3 premakne nivo signalov, ki prihajajo na vhod AN1 MC, tako da sredina lestvice ADC ustreza ničelni napetosti na konektorju XW1.

Diagram je popravljen:

Delovanje osciloskopa nadzira midlet (program v Javi), ki ga v obliki jar datoteke naložimo na mobilni telefon. Ta midlet je odgovoren za nadzor načina delovanja, spreminjanje lestvice vzdolž časovne in napetostne osi ter prikaz informacij, ki prihajajo iz set-top boxa. Set-top box se krmili s prenosom kontrolnih bajtov. Trije najmanj pomembni biti bajta vsebujejo kodo, ki določa prožilno frekvenco ADC, dva najpomembnejša pa vsebujeta položaj elektronskega dušilnika. Preostale števke se ne uporabljajo. Če je prejet kontrolni bajt, ki je enak nič, set-top box deluje v načinu mirovanja brez prenosa informacij v telefon.

Delo s serijskimi vrati v J2ME je organizirano prek vmesnika CommConnection, sama vrata pa se imenujejo COM0. Pred pošiljanjem in prejemanjem informacij morate vzpostaviti povezavo z metodo Connection.open. Da bi se izognili blokadi aplikacije med izmenjavo informacij, so vse operacije branja in pisanja v vrata postavljene v ločeno nit.Več informacij o delu s serijskimi vrati mobilnega telefona si lahko preberete v spletni publikaciji "Uporaba serijskega na telefoni Motorola J2ME" -.

MK set-top box, ki je prejel krmilni bajt, nastavi določen način delovanja elektronskega dušilnika, nato pa zažene ADC pri določeni frekvenci in zapiše rezultate svojega delovanja v notranji medpomnilnik. poln, MK ustavi ADC in prenese sinhronizacijski bajt v mobilni telefon, ki mu sledi vsebina medpomnilnika. Ko prejme to informacijo, jo telefon prikaže kot krivuljo na zaslonu, izračuna in prikaže povprečno vrednost napetosti.

Če osciloskop deluje v načinu samodejnega skaliranja napetosti (na zaslonu je prikazana črka A), potem če je povprečna vrednost napetosti blizu nič ali največje dovoljene, bo telefon ustvaril kontrolni bajt s spremenjeno kodo položaja dušilnika. v ustrezno smer. Toda to bo vplivalo na naslednji merilni cikel.

Osciloskop upravljamo s krmilno palico mobilnega telefona: premikanje navpično in vodoravno spreminja merilo oscilograma vzdolž ustrezne osi. Omogočanje samodejne izbire lestvice in izhod iz aplikacije poteka preko menija.

Program za mobilni telefon je nameščen vanj kot navadna aplikacija Java. Dovolj je, da kopirate datoteki osc.jar (prevedeni program) in osc.jad (njegov opis) v imenik java/osc, ustvarjen v pomnilniku telefona. To se naredi s posebno programsko opremo, ki je priložena telefonu. Po zagonu aplikacije bo telefon postavljal vprašanja o omogočanju dostopa do mobilnih vrat in dodatne opreme. Na oba morate odgovoriti pritrdilno.

Nastavek je bil sestavljen s površinsko montažo na mizo, natisnjen ni bil razvit. Konektor XS1 je poseben za povezavo z mobilnim telefonom. Slušalke in polnilniki so opremljeni s takimi priključki. Vhodni konektor XW1 - CP-50-73F ali uvožena serija BNC.

Namesto čipa TL431 lahko uporabite KR142EN19 in namesto K561KP2 - CD4052. Operacijski ojačevalnik AD8054 bo nadomestil kateri koli drug štirikolesni operacijski ojačevalnik z nizkim tokom, kot je MC3403.

Preden začnete delati z osciloskopom, je treba doseči ničelno povprečno vrednost napetosti, prikazano na zaslonu telefona, s kratkim stikom vhoda set-top boxa s trimernim uporom R11.

Firmware za MK in aplikacija za telefon - prenos

Fotografija uporabnika andrej_m:

Glede tesnila: naredil sem ga hitro in za dele, ki sem jih imel. diode 1N4148; R1, R2, R3 - dva vzporedno; DA2-LM324.

ŽIG BREZ POPRAVKOV (popravki so v zgornjem diagramu označeni z rdečo barvo, morate jih narediti v pečatu)

Na spletni strani http://www.semifluid.com sem našel zelo preprosto rešitev za izdelavo digitalnega računalniškega osciloskopa. Naprava temelji na osem-bitnem procesorju PIC12F675.

Procesor deluje pri frekvenci 20 MHz. Mikrokrmilnik nenehno meri vhodno napetost, jo pretvarja in pošilja digitalno vrednost v serijska vrata računalnika. Hitrost prenosa serijskih vrat je 115 kBit in, kot je prikazano na naslednji sliki, se podatki skenirajo in pošiljajo s hitrostjo približno 7,5 kHz (134 µs).

Diagram naprave

Osnova vezja je mikrokrmilnik PIC12F675 (čip U2), ki deluje na taktni frekvenci 20 MHz kristala Y1. J1 je standardni napajalni konektor za priključitev 9-12 V napajanja, ki se nato stabilizira na U1 na 5 V za napajanje procesorja.

Po U2 je vezju s serijskim priključkom RS232 osebnega računalnika dodan preprost pretvornik ravni TTL. Zgrajen je na osnovi tranzistorja BC337 (Q1) in uporov R1 in R3. Vhod 5 mikrokontrolerja vodi do stikala S1. V glavnem položaju (1-2) naprava preklopi v način enosmernega osciloskopa, ki je sposoben prikazati vhodni signal 0-5V. V drugem položaju - v način AC osciloskop. V tem položaju je največja napetost od -2,5 do +2,5 V. Za opazovanje nizkih frekvenc brez večjih popačenj sem uporabil 22000nF keramični kondenzator C6.

Po potrebi lahko dodate dodaten vhodni dušilnik (razdelilnik) ali operacijski ojačevalnik.

Programska oprema

Na zgoraj omenjenem izvirnem spletnem mestu je na voljo tudi preprost nadzorni program za Windows. Program je napisan v Visual Basicu.

Program se takoj zažene in čaka na prikaz podatkov na serijskih vratih COM1. Na levi so štirje drsniki za merjenje obdobja in napetosti signala. Potem so tu še vklop/izklop sinhronizacije, polja za skaliranje ali spreminjanje vrednosti velikosti vzorca.

Namestitev

Nisem delal tiskanega vezja, ampak sem vse montiral v majhno plastično škatlico po nadometnem sistemu. Ohišje mora imeti luknje za RS232 priključek stikala, vhodni priključek, napajalni priključek.

Vdelana programska oprema za procesor je na koncu članka. Konfiguracijski bit (varovalka) mora biti med programiranjem nastavljen na naslednji način:

Fotografija mojega končnega prototipa

Spodaj lahko prenesete izvorno kodo, vdelano in programsko opremo za Windows

Seznam radioelementov

Imenovanje	Vrsta	Denominacija	Količina	Opomba	Trgovina	Moja beležka
U1	Linearni regulator		1		Išči v Chip in Dip	V beležnico
U2	MK PIC 8-bitni		1	675-I/str	Išči v Chip in Dip	V beležnico
Q1	Bipolarni tranzistor		1		Išči v Chip in Dip	V beležnico
C1, C2, C5	Kondenzator	0,1 µF	3		Išči v Chip in Dip	V beležnico
C3, C4	Kondenzator	22 pF	2		Išči v Chip in Dip	V beležnico
C6	Kondenzator	22 µF	1		Išči v Chip in Dip	V beležnico
R1, R3	upor		2

Dandanes se precej uporabljajo različne merilne naprave, ki temeljijo na interakciji z osebnim računalnikom. Pomembna prednost njihove uporabe je možnost shranjevanja pridobljenih vrednosti v dovolj velikem obsegu v pomnilniku naprave z njihovo naknadno analizo.

Digitalni USB osciloskop iz računalnika, ki ga opisujemo v tem članku, je ena od možnosti za tovrstne radioamaterske merilne instrumente. Lahko se uporablja kot osciloskop in naprava za snemanje električnih signalov v RAM in trdi disk računalnika.

Vezje ni zapleteno in vsebuje najmanj komponent, zaradi česar je naprava zelo kompaktna.

Glavne značilnosti USB osciloskopa:

• ADC: 12 bitov.
• Časovna osnova (osciloskop): 3…10 ms/delitev.
• Časovna skala (snemalnik): 1…50 s/vzorec.
• Občutljivost (brez delilnika): 0,3 V/delitev.
• Sinhronizacija: zunanja, notranja.
• Zapis podatkov (format): ASCII, tekst.
• Največji vhodni upor: 1 MΩ vzporedno s kapacitivnostjo 30 pF.

Opis delovanja osciloskopa iz računalnika

Za izmenjavo podatkov med osciloskopom USB in osebnim računalnikom se uporablja vmesnik USB (Universal Serial Bus). Ta vmesnik deluje na osnovi mikrovezja FT232BM (DD2) podjetja Future Technology Devices. Je pretvornik vmesnikov. Čip FT232BM lahko deluje tako v načinu neposrednega bitnega nadzora BitBang (pri uporabi gonilnika D2XX) kot v načinu virtualnih vrat COM (pri uporabi gonilnika VCP).

Kot ADC se uporablja integrirano vezje AD7495 (DD3) podjetja Analog Devices. To ni nič drugega kot 12-bitni A/D pretvornik z notranjo referenčno napetostjo in serijskim vmesnikom.

Čip AD7495 vsebuje tudi frekvenčni sintetizator, ki določa hitrost izmenjave informacij med FT232BM in AD7495. Za ustvarjanje zahtevanega komunikacijskega protokola programska oprema USB osciloskopa napolni izhodni medpomnilnik USB s posameznimi bitnimi vrednostmi za signala SCLK in CS, kot je prikazano na naslednji sliki:

Meritev enega cikla je določena z nizom devetsto šestdeset zaporednih transformacij. Čip FT232BM s frekvenco, ki jo določa vgrajeni frekvenčni sintetizator, pošilja električna signala SCLK in CS, vzporedno s prenosom podatkov o pretvorbi po liniji SDATA. 1. polno obdobje pretvorbe ADC FT232BM, ki nastavi frekvenco vzorčenja, ustreza trajanju obdobja pošiljanja 34 bajtov podatkov, ki jih izda čip DD2 (16 podatkovnih bitov + linijski impulz CS). Ker je hitrost prenosa podatkov FT232BM določena s frekvenco notranjega frekvenčnega sintetizatorja, morate za spreminjanje vrednosti pomika spremeniti le vrednosti frekvenčnega sintetizatorja čipa FT232BM.

Podatki, ki jih osebni računalnik prejme, se po določeni obdelavi (sprememba lestvice, nastavitev ničle) prikažejo na zaslonu monitorja v grafični obliki.

Signal, ki se proučuje, se dovaja na konektor XS2. Operacijski ojačevalnik OP747 je zasnovan tako, da uskladi vhodne signale z ostalim vezjem USB osciloskopa.

Na modulih DA1.2 in DA1.3 je vgrajeno vezje za premik bipolarnega vhodnega signala v pozitivno napetostno območje. Ker ima notranja referenčna napetost čipa DD3 napetost 2,5 volta, brez uporabe delilnikov, je pokritost vhodne napetosti -1,25...+1,25 V.

Za možnost proučevanja signalov z negativno polarnostjo se s tako rekoč unipolarnim napajanjem iz USB priključka (a) uporablja napetostni pretvornik DD1, ki generira napetost z negativno polarnostjo za napajanje operacijskega ojačevalnika OP747. Za zaščito analognega dela osciloskopa pred motnjami se uporabljajo komponente R5, L1, L2, C3, C7-C11.

Program uScpoe je zasnovan za prikaz informacij na zaslonu računalniškega monitorja. S tem programom je mogoče vizualno oceniti velikost proučevanega signala in njegovo obliko v obliki oscilograma.

Gumbi ms/div se uporabljajo za nadzor premikanja osciloskopa. V programu lahko oscilogram in podatke shranite v datoteko z ustreznimi elementi menija. Za virtualni vklop in izklop osciloskopa uporabite gumba za VKLOP/IZKLOP. Ko odklopite vezje osciloskopa iz računalnika, se program uScpoe samodejno preklopi v način IZKLOP.

V načinu snemanja električnega signala (snemalnik) program ustvari tekstovno datoteko, katere ime lahko podate na poti: File->Choice data file. najprej se ustvari datoteka data.txt. Datoteke lahko nato uvozite v druge aplikacije (Excel, MathCAD) za nadaljnjo obdelavo.

(3,0 Mb, preneseno: 3.610)

Osciloskop je zelo pomemben instrument, ki se uporablja v radiotehničnih laboratorijih, ki sodelujejo pri izdelavi in ​​testiranju številnih naprav. Lahko pa se uporabljajo tudi v običajnih radijskih delavnicah. Glavna naloga tovrstnih naprav je odkrivanje in popravljanje elektronskih vezij, odpravljanje napak pri njihovem delovanju in kar je najpomembneje, preprečevanje težav pri izdelavi novih vezij.

Pomembna pomanjkljivost osciloskopov je njihova dokaj visoka cena. Zato jih ne more kupiti vsak. Zato se postavlja vprašanje, ? Čeprav obstaja veliko znanih možnosti za takšno proizvodnjo, vsaka metoda vključuje en glavni element - zvočno kartico osebnega računalnika. Nanj je pritrjen adapter, zahvaljujoč kateremu so nivoji izmerjenih signalov usklajeni.

Programska oprema

Ta naprava deluje zahvaljujoč posebnemu programu. Prenaša signale na zaslon, ki se vizualizirajo. Na ta način se izmerjeni impulzi pretvorijo. Izbira pripomočkov je precej velika, vendar vsi ne morejo delovati dosledno dobro.

Največ popularnosti je pridobil preverjen program Osci. Zahvaljujoč temu osciloskop deluje v običajnem načinu. Program ima vmesnik, na zaslonu je nameščena mreža, zahvaljujoč kateri lahko merite signal v dolžini in amplitudi. Ta mreža je posebna, ker nudi dodatne funkcije. Z izbiro tega programa obstaja vrsta pozitivnih vidikov, ki jih drugi programi ne morejo zagotoviti.

Tehnični podatki

Če želite zgraditi osciloskop iz računalnika, morate sestaviti tako imenovani napetostni delilnik ali dušilnik. Ta naprava vam omogoča pokrivanje širokega razpona izmerjenih napetosti in zaščito vhodnih vrat zvočne kartice pred poškodbami. Poškodbe te stopnje nastanejo predvsem zaradi visoke napetosti.

Skoraj vse zvočne kartice imajo vhodno napetost največ 2 volta. Osciloskop, izdelan iz računalnika, ima omejene zmogljivosti zvočne kartice. Če upoštevamo proračunske kartice, potem zanje ta številka ostane na ravni 0,1 Hz - 20 kHz.

Napetost na spodnji točki je 1 mV. Tako nizka številka je razložena z omejitvijo ravni ozadja in hrupa. Parametri zgornje napetosti - do 500 voltov. Omejen je s parametri adapterja.

Prednosti in slabosti osciloskopov

Noben radioamater ne more brez osciloskopa. Čeprav se ta naprava prodaja po precej visoki ceni. Toda hkrati ima tako prednosti kot številne slabosti.

Glavna prednost osciloskopa, ustvarjenega z lastnimi rokami iz računalnika, je nizka cena. To pomeni, da boste morali porabiti zelo malo denarja za njegovo ponovno opremo. Vendar obstaja več pomanjkljivosti:
1. Visoka občutljivost. Naprava se odziva tudi na nizke motnje. To vodi do velikih napak.
2. Amplituda zvočnega signala do 2V. Vhod zvočne kartice ne zdrži več. Zato lahko zvočna kartica precej hitro odpove. Vendar se temu lahko izognemo.
3. Nezvezno merjenje napetosti. To pravzaprav ni bistvena pomanjkljivost.

Ustvarjanje osciloskopa

Ker nekateri osciloskopi ne dopuščajo signala, višjega od 2 V, pri nekaterih pa ne presega 1 V, morate poskusiti odpraviti to težavo, saj takšna amplituda očitno ni dovolj. Rešitev težave je v povečanju omejitev, ki jih adapter zmore. Sodoben program, ki zagotavlja delovanje osciloskopa, omogoča doseganje takih merilnih meja - 12,5 in 250 voltov.

Če signal z amplitudo 250 voltov ni potreben, lahko naredite adapter z dvema kanaloma. Za to je nameščena zaščita, ki nadzoruje delovanje naprave, to pomeni, da ne dopušča napačnega vklopa, če je napetost precej visoka.

Da bi zmanjšali vpliv zunanjega hrupa na osciloskop iz računalnika, je potrebno ploščo postaviti v kovinsko ohišje. Nato se na to ohišje priključi skupna žica.

Postopek nastavitve zvočne kartice spremlja izklop ojačanja mikrofona. Če želite to narediti, je glasnost na njem nastavljena na povprečno ali podpovprečno. Ko je vse delo opravljeno, lahko začnete z merjenjem impulzov sekundarne obdelave transformatorja. Če je vse narejeno pravilno, bo lahko na zaslonu prikazal valovne oblike tudi najnižjih frekvenc. Zahvaljujoč nameščenemu programu lahko enostavno določite nivo frekvence signala.

Tako je iz računalnika zelo enostavno narediti sodobno napravo. Osciloskop bo proizvajal valovne oblike, ki bodo v pomoč pri delu in eksperimentih v radijski tehniki in domačih laboratorijih.

Spodaj je projekt osciloskopa USB, ki ga lahko sestavite z lastnimi rokami. Zmogljivosti osciloskopa USB so minimalne, vendar bo za številne radijske amaterske naloge povsem v redu. Prav tako lahko vezje tega USB osciloskopa uporabimo kot osnovo za izdelavo resnejših vezij. Vezje temelji na mikrokontrolerju Atmel Tiny45.

Osciloskop ima dva analogna vhoda in se napaja preko USB vmesnika. En vhod se aktivira preko potenciometra, ki omogoča znižanje nivoja vhodnega signala.

Programska oprema za mikrokrmilnik tiny45 je napisana v C in prevedena z uporabo V-USB, ki ga je razvil Obdev, ki implementira naprave HID na strani mikrokrmilnika.
Vezje ne uporablja zunanjega kvarca, ampak programsko uporablja frekvenco USB 16,5 MHz. Seveda od te sheme ne smete pričakovati vzorčenja 1Gs/s.

Osciloskop deluje preko USB prek HID načina, ki ne zahteva namestitve posebnih gonilnikov. Programska oprema Windows je napisana z uporabo .NET C#. Če uporabite mojo izvorno kodo programa kot osnovo, lahko po potrebi razširite programsko opremo.

Shema vezja USB osciloskopa je zelo preprosta!

Seznam uporabljenih radioelementov:
1 LED (poljubna)
1 LED upor, 220 do 470 ohmov
2 x 68 Ohm upora za USB D+ in D-line
1 x 1,5K upor za zaznavanje USB naprave
2 3,6 V Zener diode za izravnavo ravni USB
2 kondenzatorja 100nF in 47uF
2 filtrska kondenzatorja na analognih vhodih (od 10nF do 470nF), možno tudi brez njih
1 ali 2 potenciometra na analognih vhodih, za zmanjšanje nivoja vhodne napetosti (če je potrebno)
1 USB priključek
1 mikrokrmilnik Atmel Tiny45-20.

Seznam radioelementov

Imenovanje	Vrsta	Denominacija	Količina	Opomba	Trgovina	Moja beležka
R1, R5	upor		2		Išči v Chip in Dip	V beležnico
R2	upor		1		Išči v Chip in Dip	V beležnico
R3	upor		1

Ta aplikacija je bila testirana samo s Samsung Galaxy GT-i5700 Spica (Android 2.1)

Vezje uporablja mikročip PIC33FJ16GS504 () kot ADC za dva vhoda. Obdelani podatki se prenašajo v telefon preko Bluetooth modula LMX9838 (datasheet).

Lastnosti osciloskopa:
- Čas na delitev: 5μs, 10μs, 20μs, 50μs, 100μs, 200μs, 500μs, 1ms, 2ms, 5ms, 10ms, 20ms, 50​​ms.
- Volti na delitev: 10mV, 20mV, 50mV, 100mV, 200mV, 500mV, 1V, 2V, GND
- Analogni vhod (odvisno od predojačevalca): -8 V do +8 V

Izvorne kode za Bluetooth so bile vzete iz http://developer.android.com. Ta primer je sestavljen iz treh datotek izvorne kode Java. Popolnoma sem kopiral "DeviceListActivity.java", ki se uporablja za iskanje oddaljenih naprav Bluetooth. Spremenil sem »BluetoothChatService.java« in od tam odstranil vse nepotrebno.

Preostalo delo je bilo v glavnem sestavljeno iz prenosa mojega prejšnjega razvoja za S60 v Javo. Bilo je težko, a kljub temu je bil dober primer za učenje programiranja JAVA.

Prenesete lahko izvorne kode in vdelano programsko opremo za Android in PIC.

Tukaj je diagram. V tem ni nič posebnega, vse temelji na obstoječih shemah.

Morda za ta namen nisem izbral najboljšega mikrokontrolerja, ker... prišlo je do neuporabljenih zaključkov. Ampak sem lahko kupil samo tega in je najboljši ADC.

Če želite spremeniti obseg vhodne napetosti s spremembo predojačevalnika operacijskega ojačevalnika, je izračun v datoteki "adc.xmcd". Poleg LMX lahko uporabljate tudi druge module Bluetooth.

Seznam radioelementov

Imenovanje	Vrsta	Denominacija	Količina	Opomba	Trgovina	Moja beležka
	MK PIC 16-bitni	dsPIC33FJ16GS504	1			V beležnico
	Bluetooth modul	LMX9838	1			V beležnico
U1	Operacijski ojačevalnik	TLV2372	1			V beležnico
U2	Linearni regulator	LM1117-N	1			V beležnico
D1	Usmerniška dioda	BAS16	1			V beležnico
D2	Svetleča dioda		1			V beležnico
C1, C6, C8-C10		10 µF	5			V beležnico
C2	Elektrolitski kondenzator	47 µF	1			V beležnico
C3-C5, C7	Kondenzator	1 µF	4			V beležnico
R1, R5	upor	47 kOhm	2			V beležnico
R2, R6	upor	10 kOhm	2			V beležnico
R3, R4, R7, R8	upor	2,2 kOhm	4			V beležnico
R9-R12	upor	1 kOhm	4			V beležnico
#	upor