Создание осциллографа для любителей

30

У меня есть проект, о котором я долго думал, и понял, что в какой-то момент его разработки мне понадобится осциллограф. Ладно, не проблема.

Вместо того чтобы покупать осциллограф, я решил, что хотел бы - по крайней мере - спроектировать свой собственный и, надеюсь, получить результат. Чтобы упростить ситуацию, я думаю об использовании Raspberry Pi для выполнения всех забавных вычислений и визуализаций (мне не хочется реализовывать FFT на AVR, большое спасибо).

Чем больше я читаю об осциллографах, тем больше я запутался, если честно. Почему не осциллограф просто АЦП? Если бы я подключить что - то вроде этого (с соответствующей защитой от перенапряжения и предварительного усиления) в цепи на одном конце, и соответствующим образом запрограммированного процессора с другой стороны , не было бы осциллограф?

[В прошлом я работал только с простыми цифровыми схемами - я в основном теоретик-компьютерщик! - и поэтому я пытаюсь обернуть голову вокруг аналоговой электроники прямо сейчас. В связи с этим, я прошу прощения, если ответ на этот вопрос чрезвычайно очевиден ...]

oscilloscope hobbyist

— эфирный
источник

6

Возможно, было бы полезно начать с изучения нескольких существующих осциллографов с открытым исходным кодом: некоторые ссылки здесь также видят это . С RPi это закрытая конструкция SoC требует подписания NDA и убеждения производителя SoC предоставить вам такую информацию, которая может вам понадобиться, чтобы заставить ее делать то, что вы хотите. Что-то вроде панели запуска Tiva-C или, что еще лучше, Beagle Bone Black может стать более легкой отправной точкой по этой причине. BBB имеет более чем достаточно ввода-вывода и вычислительной мощности, а также хорошую документацию.

— Аниндо Гош

5

Даже недорогой осциллограф с частотой 100 МГц может иметь частоту дискретизации 1 Гбит / с. 8-битный АЦП 20 Мбит / с не будет хорошо работать на частотах более нескольких МГц (Гарри и Клод говорят, что 10 МГц - это абсолютный предел). Вы должны быть в состоянии получить информацию из АЦП и в ваш процессор, где она может быть отображена. Коммерческий качественный интерфейс тоже нетривиален. Я не хочу вас обескураживать, но то, что вы создадите, не будет иметь производительности в 350 долларов. Это, безусловно, будет хороший проект для обучения.

— Спехро Пефхани

10

Как вы думаете, почему осциллограф требует реализации БПФ?

— Фил Фрост

5

Для учебной модели, кроме АЦП, важнее всего реализовать схему запуска. Вам нужен устойчивый дисплей, а не тот, который постоянно движется. Вы должны выяснить, как начать рисовать волну каждый раз в один и тот же момент. Это может быть весело, и вы, возможно, многому научитесь. Вероятно, самым важным уроком будет то, что цифровые прицелы с приемлемым качеством в наши дни довольно дешевы.

— Джиппи

9

Я надеюсь, что у вас есть доступ к осциллографу, пока вы его строите. :-p

— Линдон Уайт

23

По сути, (цифровой) осциллограф - это просто АЦП, а также некоторая память для хранения сэмплов. Образцы затем считываются из памяти и отображаются.

Вопросы практической реализации усложняют коммерческие осциллографы. Входной сигнал должен быть соответствующим образом масштабирован для диапазона АЦП, что означает, что вам нужно иметь аттенюаторы и / или усилители, которые имеют очень точные значения усиления, которые очень плоские в огромном диапазоне частот (от постоянного до 10 с или 100 с МГц как минимум) для измерения сигналов с минимальными искажениями.

Кроме того, в зависимости от применения частоту дискретизации АЦП необходимо отрегулировать (очень точно) в широком динамическом диапазоне - от 1 нс / сэмпл до 1 с / сэмпл (9 порядков).

Тогда возникает вопрос о том, когда начинать - или, что более важно, останавливать - отбор проб; это известно как запуск. Разные приложения имеют разные потребности для запуска, и коммерческие области имеют широкий выбор, чтобы приспособить их.

— Дэйв Твид
источник

Приятно видеть, что я не слишком далеко от цели, спасибо! Я думаю, что это проясняет большую часть моего замешательства. Чтобы иметь минимальные функциональные возможности (скажем, отображать прямоугольную волну без необходимости изменения фазы на дисплее), какой поднабор механизмов запуска следует реализовать? Или это глупый вопрос?

— Ethereal

2

Вместо того, чтобы регулировать частоту дискретизации АЦП, рассмотрите цифровой фильтр прореживания в ПЛИС или в программном обеспечении дисплея. Сырые конструкции, которые просто снижают частоту дискретизации, страдают от путаницы псевдонимов, которые оператор должен исключить либо из-за знания сигнала, либо из-за экспериментального изменения временного интервала, чтобы проверить, не слишком ли повышен или понижен уровень сигнала.

— Крис Страттон

Сырой запуск может быть выполнен с аналоговым или цифровым компаратором, возможно, с гистерезисом. Кроме того, в цифровой области вы, как правило, непрерывно производите выборку в циклический буфер, ожидая запуска, а затем останавливаете некоторый период времени после того, как условие триггера было выполнено. Регулируя объем выборки после запуска, вы можете остаться с буфером, который включает в себя то, что произошло до триггера, а также после него.

— Крис Страттон

1

В цифровой области запуск может осуществляться полностью в цифровой области, хотя для корректного наложения результатов повторяющихся триггеров на периодический сигнал требуется некоторое довольно сложное встроенное программное обеспечение. Триггеры с одним выстрелом относительно тривиальны.

— Дэйв Твид

13

Важно отличить проект хобби от оборудования, которое готово к использованию, и сделать правильный выбор для вас. Это не должно быть правильным выбором для других.

Если вы хотите использовать оборудование для другого проекта в этом году, я бы купил его. Может быть новым или использованным в зависимости от ваших требований и бюджета.

Если вы хотите построить осциллограф в качестве хобби или образовательного проекта, тогда обязательно делайте это! Я желаю вам веселого и образовательного опыта. Вы многому научитесь. Скорее всего, вы встретите негодяев; Скажите им, что они могут сэкономить много времени и денег на своих следующих каникулах, например, не отправляясь в Европу и вместо этого покупая книжку с картинками. Они упускают суть!

(Базовый) цифровой осциллограф действительно состоит из внешнего интерфейса (включая АЦП и, возможно, схемы запуска), встроенного компьютера, дисплея и программного обеспечения.

Я предполагаю, что могут возникнуть следующие вопросы:

Время. Этот проект займет у вас некоторое время, в зависимости от желаемой производительности, вашего опыта и т. Д.
Стоимость. Это будет стоить дороже, чем покупка такой же производительности.
Спектакль. Какое представление вы ищете? В том числе входные диапазоны, разрешение по времени, сколько напряжения должен выдерживать внешний интерфейс.
Тестирование. Как вы будете отлаживать это? Как вы будете проверять, что он работает правильно?
Безопасность. Что произойдет, если вы испытаете напряжение 120 В или достигнет более высокого напряжения?

— технофилов
источник

Вы знаете, что европейцы будут удивлены вашим советом об отдыхе, верно? :-)

— RedGrittyBrick

10

Я думаю, что вы можете получить несколько идей от цифрового запоминающего осциллографа AVR 10 МГц 50 мс / с .
Он включает в себя полную схему и исходный код.

введите описание изображения здесь

Он использует небольшой CPLD, который считывает результаты АЦП и заполняет ОЗУ, затем он использует AVR MCU для чтения данных ОЗУ и отправки их на ПК

Вы также можете найти полезное:

Схема Битоскопа
dsonano включая полные схемы и исходный код
Несколько связанных с DSO проектов, использующих FPGA или MCU, перечислены здесь

На странице проекта openDSO есть блок-схема, которая должна быть полезна для визуализации разделов, используемых в DSO.

введите описание изображения здесь

— alexan_e
источник

6

У JYE Tech комплект осциллографа за 49 долларов :

введите описание изображения здесь

со следующими функциями:

5M samples/second
8 bit resolution
256 sample memory depth
1MHz analog bandwidth
100mV/Div-5V/Div sensitivity
1MΩ impedance
50Vpeak-to-peak max input voltage
DC/AC coupling
Save and display up to 6 captures to memory
Transfer screen capture to PC as a bitmap file (serial adapter not included)
Backlit LCD display
FFT function available

Sparkfun также несет его, но на 10 долларов больше.

Все компоненты для поверхностного монтажа уже спаяны.

Он использует ATmega 64. Они предоставляют схему и список деталей на своем веб-сайте, если вы хотите использовать их в качестве руководства для самостоятельной разработки, но я сомневаюсь, что вы могли бы сделать это где-то около 49 долларов. Исходный код прошивки также доступен.

Всего за 30 долларов (79,50 долларов) у них есть собранный блок с аналоговой полосой пропускания 5 МГц.

— tcrosley
источник

1

Для чего это стоит, это примерно производительность осциллографа Heathkit эпохи 1950-х годов. Только по переменному току (на основе вакуумной трубки). theoldcatvequipmentmuseum.org/180/182/…

— Spehro Pefhany

1

По иронии судьбы, Хит представил свой первый электронный осциллограф (O1) в 1947 году, который также был продан за 50 долларов. Но это будет чуть более 500 долларов в сегодняшних долларах.

— tcrosley

Это очень раздражает в использовании, потому что нет никаких признаков того, как недавно это сработало. Если индикатор будет мигать или что-то появится через полсекунды, чтобы показать, что дисплей устарел, он будет гораздо более удобным, хотя и в рамках ограничений такого примитивного сэмплера.

— Крис Страттон

Поскольку они предоставляют исходный код прошивки, вы, вероятно, могли бы добавить индикатор запуска на дисплей без особых проблем.

— Кешлам

Источник, который они предоставляют, имеет более ограниченную прошивку, чем на устройстве.

— Крис Страттон