Цифровой осциллограф своими руками

При настройке собранных электронных схем, особенно цифровых, необходимо бывает проводить различные измерения.

Для этого можно пользоваться различными пробниками, например логическим пробником, самым простым, состоящим из светодиода, токоограничительного резистора, и проводков оканчивающихся с одного конца щупом, а с другого крокодилом.

Я же решил пойти дальше, собрать то, что думаю заинтересует простотой сборки многих новичков, позволит получить полезные знаний из теории, посмотреть на форму сигнала, например, как это выглядит при мигании того же светодиода, и конечно же им можно будет проверить наличие логического ноля или единицы, на ножке МК. В общем, решил собрать простейший осциллографический пробник, с подключением к компьютеру по USB порту.

Данная схема является иностранной разработкой, откуда впоследствии она перекочевала в Рунет, и разошлась по множеству сайтов.

В поисках детальной информации при его сборке, обошел множество сайтов, не меньше 10-12.

На всех них были только краткое описание, переведенное и содранное с забугорного сайта и прошивка для скачивания, с примером выставления фьюзов. Ниже представлена схема этого осциллографического пробника:

Схема usb осциллографа-пробника

Я сознательно не называю его чисто осциллографом, потому что он не дотягивает до этого звания. Давайте разберем подробнее, что же он представляет из себя. Бюджет устройства составляет всего 250, максимум 300 рублей, и его сборку может позволить себе любой школьник или студент. Как наглядного пособия, для отработки навыков пайки, прошивания МК, в общем, для отработки всех навыков, необходимых для самостоятельного конструирования цифровых устройств. Если кто-то сразу загорелся и собрался немедленно бежать в магазин, за покупкой радиодеталей, подождите, у этого осциллографического пробника, есть несколько существенных минусов. У него очень неудобный софт, оболочка, в которой собственно мы и будем наблюдать наш сигнал. На следующем фото показано, как я ловлю момеху от пальца:

Сказать, что оболочка сырая, это значит ничего не сказать… Даже оболочки для использования, в качестве низкочастотного осциллографа на звуковой карте, существенно обходят ее по своим возможностям. На следующем фото, на короткое время касаюсь щупами выводов батарейки:

Начнем с того, что показания у нас выводятся в милливольтах, и шкалы по напряжению, соответствующей реальным значениям, попросту нет. Но и это еще не все. Схема устройства, как мы можем увидеть, посмотрев на рисунок со схемой, основана на МК Tiny 45.

К чему я это рассказываю? А к тому, что после сборки этого пробника, пришла в голову мысль проверить на пульте генерацию тактового сигнала. Не тут-то было. Пробник-осциллограф показал, на одной ножке резонатора условно низкий  уровень, на другой высокий, и вывел прямую линию.

Не справившись даже с частотой 455 кГц… Теперь, когда вы предупреждены о его минусах, вы можете сами определиться для себя, нужен ли вам такой осциллографический пробник. Если все же да, то продолжаем чтение)… Входное сопротивление обоих каналов осциллографа равно 1 МОм.

Для этой цели нам будет нужно приобрести и запаять подстроечные резисторы на 1 МОм, делитель сигнала 110. Соответственно сопротивления делителя, у нас должны составлять 900 и 100 КилоОм.

Я решил использовать 2 канала осциллографа, так как был в наличии разъем — гнезда, распаянные на плате, два тюльпана, и разница в стоимости деталей для меня составляла, по сути, только стоимость подстроечного резистора. Другое дело, что оба канала оказались не идентичны по своим показаниям.

Как мы видим на схеме один канал был рассчитан на работу с делителем, а другой нет. Ну да это не беда, если потребуется, чтобы и этот канал работал без делителя, нам достаточно выкрутить положения движка подстроечного резистора в ноль, тем самым подав сигнал с выхода, напрямую на ножку МК.

Это может быть полезным при измерении сигналов, на двух линиях с низкой амплитудой. На следующем фото показано, как я снимаю сигнал с мультивибратора:

Также мы можем, покрутив регулятор подстроечного резистора, выставить, какой делитель нам требуется, 110, 125, 150, 1100, или любой другой, измерив мультиметром сопротивление, между центральным выводом и крайними выводами подстроечного резистора. Это может потребоваться для измерения формы сигнала, с большой амплитудой напряжения.

Для этого нужно будет лишь подсчитать, получившиеся соотношения сопротивлений делителя. Есть еще один важный нюанс, на иностранном сайте автора схемы, при выборе фьюзов указано, что нужно перевести фьюз — бит Reset Disable в положение включено. Как мы помним, отключение этого фьюз – бита, прекращает возможность последовательного программирования.

Фьюзы которые нужно изменить, показаны на следующем рисунке:

В данной схеме Pin 1 Reset не используется как Pin, поэтому нам изменять этот фьюз-бит не обязательно. Но на одном из форумов, для более стабильной работы осциллографа – пробника, рекомендовали притянуть Pin Reset через резистор 10 килоОм к плюсу питания, что я и сделал.

 Также, когда искал информацию по нему, ни на одном из сайтов я не нашел понятного и доступного объяснения, насчет источника тактирования МК Tiny 45.

Так вот, в этой схеме МК тактируется не от внутреннего RC – генератора, не от кварцевого резонатора, а от внешнего тактового сигнала, подаваемого на МК от USB порта.

Логично предположить, что выбрав этот источник тактирования, МК перестанет у нас быть виден, в оболочке для прошивания, при отключении от USB порта, поэтому сначала залейте прошивку, а затем внимательно выставляйте фьюз биты.

Давайте разберем схему осциллографа более подробно, на сигнальных линиях USB порта D+ и D-, установлены согласующие резисторы на 68 Ом. Изменять их номинал не рекомендую. Между сигнальными жилами и землей, рекомендовано для снижения помех, установить керамические конденсаторы на 100 наноФарад.

Такой же конденсатор на 100 наноФарад, нужно установить параллельно электролитическому, на 47 микроФарад, установленному по цепям питания +5 вольт и земля. Между землей и сигнальными линиями, должны быть установлены стабилитроны на 3.6 Вольта. Я правда поставил на 3.3 вольта, все работает нормально.

Предусмотрена индикация включения на светодиоде, включенном последовательно с резистором 220-470 Ом.

Номинал в данном случае не критичен, и от него зависит только яркость свечения светодиода. Я установил на 330 Ом, яркость свечения достаточная. В схеме установлен резистор номинала 1.5-2.2 килоОма, для определения устройства операционной системой.

Подпаивайте провода USB кабеля к плате ориентируясь по распиновке кабеля, а не по расположению на схеме осциллографа. На схеме очередность следования жил указана произвольно. Также из несущественных недостатков, по отзывам пользовавшихся, после перезагрузки Windows, нам потребуется переткнуть осциллограф заново в USB порт.

 Не забудьте снять фьюз — бит делитель тактовой частоты на 8 CKDIV 8. Данный осциллограф не требует для своей работы, каких-то сторонних драйверов, и определяется как Hid устройство, аналогично мышке или клавиатуре. При первом подключении, устройство определится как Easylogger.

На следующем рисунке, приведен список необходимых для сборки деталей.

Существует 6 версий программы Usbscope, оболочки, в которой собственно мы и наблюдаем график. Первые три версии не поддерживают 64-битные операционные системы Windows. Начиная с четвертой версии Usbscope, поддержка обеспечена. Для работы программы на компьютер должен быть установлен Netframework.

На сайте автора были выложены исходники прошивки, и исходники программы-оболочки, так что возможно найдутся умельцы, которые смогут дополнить софт.

Какое-же практическое использование данного осциллографа, неужели только как игрушка? Нет, данный прибор используется в автоделе домашними умельцами, как бюджетная замена дорогому осциллографу, для настройки автомобильных систем зажигания, расхода топлива и подобных нужд.

Видимо частота работы в автоделе достаточно низкая, и данного пробника минимально хватает, хотя бы для разовых работ. Для подключения к измеряемой схеме спаял два щупа, использовав для этого, с целью снизить уровень помех, экранированный провод, тюльпаны или разъем RCA. Это обеспечивает легкое подключение и отсоединение щупов от осциллографа.

1. Один из проводов – щупов осциллографа, оканчивается для измерения щупом от мультиметра для сигнальной жилы, и крокодилом для подключения к земле. 
2. Второй щуп оканчивается крокодилами разных цветов, и для сигнальной жилы и для земли.

Вывод: сборка данного пробника, целесообразна, скорее как наглядное пособие, для изучения формы низкочастотных сигналов.

Для практических целей, например для проверки и настройки импульсных блоков питания, в частности работы ШИМ контроллеров, данный пробник не годится однозначно, так как не может обеспечить необходимого быстродействия.

Поэтому не может являться заменой, даже самому простому советскому осциллографу, и даже простым осциллографам с Али экспресс.

   Форум по самодельным осциллографам

   Обсудить статью USB ПРОБНИК-ОСЦИЛЛОГРАФ

Источник: https://radioskot.ru/publ/izmeriteli/usb_probnik_oscillograf/15-1-0-1128

Как сделать цифровой осциллограф из компьютера своими руками(часть 1)

Рассказать в: Начинающим радиолюбителям посвящается!

О том, как собрать самый простой адаптер для программного виртуального осциллографа, пригодный для использования в ремонте и настройке аудиоаппаратуры.

О виртуальных осциллоскопах.

Скачал из сети несколько программных осциллографов и попытался что-нибудь померить, но ничего путного из этого не вышло, так как, либо не удавалось откалибровать прибор, либо интерфейс не годился для скриншотов.

Из недостатков можно назвать некоторую нестабильность работы.

Программа иногда подвисает (когда запущено несколько процессов одновременно) и для того, чтобы её сбросить приходится прибегать к помощи Task Manager-а.

Но, всё это компенсируется привычным интерфейсом, удобством использования и некоторыми очень полезными функциями, которые я не встречал ни в одной другой программе подобного типа.

Внимание!

В комплекте программ «AudioTester» есть генератор низкой частоты.

Я не рекомендую его использовать, так как он пытается самостоятельно управлять драйвером аудиокарты, что при работе на XP может привести к отключению звука.

Если Вы решите его использовать позаботьтесь о точке восстановления или о бэкапе ОС. Но, лучше скачайте нормальный генератор из «Дополнительных материалов».

 Другую интересную программу виртуального осциллографа «Аванград» написал наш соотечественник Записных О.Л. У этой программы нет привычной измерительной сетки, да и экран слишком большой для снятия скриншотов, но зато есть встроенный вольтметр амплитудных значений и частотомер, что частично компенсирует указанный выше недостаток. Частично потому, что на малых уровнях сигнала и вольтметр и частотомер начинают сильно привирать. Однако для начинающего радиолюбителя, который не привык воспринимать эпюры в Вольтах и миллисекундах на деление, этот осциллограф может вполне сгодиться. Другое полезное свойство осциллографа «Авангард» – возможность независимой калибровки двух имеющихся шкал встроенного вольтметра.Так что, я расскажу о том, как построить измерительный осциллограф на базе программ «AudioTester» и «Авангард». Конечно, кроме этих программ понадобится и любая встроенная или отдельная, самая бюджетная аудиокарта.

Собственно, все работы сводятся к тому, чтобы изготовить делитель напряжения (аттенюатор), который позволил бы охватить широкий диапазон измеряемых напряжений. Другая функция предлагаемого адаптера – защита входа аудиокарты от повреждения при попадании на вход высокого напряжения.

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 качественных типа «Sound Blaster» от   0,1Гц… 41кГц (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.

Электрическая схема аппаратной части осциллографа.

    Согласен с тем, что представленная схема не отличается изящностью. Однако это схемное решение позволяет самым простым способом достичь широкого диапазона измеряемых напряжений при использовании всего нескольких радиодеталей.

Аттенюатор же, построенный по классической схеме, потребовал бы применения высокомегаомных резисторов, и его входное сопротивление менялось бы слишком значительно при переключении диапазонов, что ограничило бы применение стандартных осциллографических кабелей, рассчитанных на входной импеданс 1мОм.

Защита от «Придурака».

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.

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.

 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)
• Как измерить входное сопротивление линейного входа?

Чтобы рассчитать аттенюатор для линейного входа аудиокарты, нужно знать входное сопротивление линейного входа. К сожалению, измерить входное сопротивление при помощи обычного мультиметра нельзя. Это связано с тем, что во входных цепях аудиокарт имеются разделительные конденсаторы.

   Входные же сопротивления разных аудиокарт могут очень сильно отличаться. Так что, этот замер сделать всё-таки придётся.

 Для измерения входного импеданса аудокарты по переменному току, нужно подать на вход через балластный (добавочный) резистор синусоидальный сигнал частотой 50 Гц и рассчитать сопротивление по приведённой формуле. 

 На картинке изображена схема подключений. Напряжения U1 и U2 нужно измерить виртуальным осциллографом в соответствующих положениях выключателя SA. Абсолютные значения напряжения знать не нужно, поэтому расчёты валидны до калибровки прибора.

Пример расчёта.R1 = 50кОм.U1 = 100U2 = 540

1. Rx = 50 * 100 / (540 – 100) ≈ 11,4 (кОм).

Вот результаты замеров импеданса разных линейных входов.Как видите, входные сопротивления отличаются в разы, а в одном случае почти на порядок.

Как рассчитать делитель напряжения (аттенюатор)?

Максимальная неограниченная амплитуда входного напряжения аудиокарты, при максимальном уровне записи, около 250мВ. Делитель же напряжения, или как его ещё называют, аттенюатор позволяет расширить диапазон измеряемых напряжений осциллографа.Аттенюатор можно построить по разным схемам, в зависимости от коэффициента деления и необходимого входного сопротивления.

 Вот один из вариантов делителя, позволяющих сделать входное сопротивление кратным десяти. Благодаря добавочному резистору Rдоб. можно подогнать сопротивление нижнего плеча делителя до какой-нибудь круглой величины, например, 100 кОм.

Недостаток этой схемы в том, что чувствительность осциллографа будет слишком сильно зависеть от входного сопротивления аудиокарты. Так, если входной импеданс равен 10 кОм, то коэффициент деления делителя увеличится в десять раз.

Уменьшать же резистор верхнего плеча делителя не желательно, так как он определяет входное сопротивление прибора, да и является основным звеном защиты прибора от высокого напряжения.

 Так что, я предлагаю Вам самостоятельно рассчитать делитель, исходя из входного импеданса Вашей аудиокарты. На картинке нет ошибки, делитель начинает делить входное напряжение уже при выборе масштаба 1:1. Расчеты же, конечно нужно делать, опираясь на реальное соотношение плеч делителя.

• На мой взгляд, это самая простая и вместе с тем самая универсальная схема делителя.
•  По представленным формулам можно рассчитать аттенюатор для адаптера, если Вы согласитесь с предложенной схемой.

 Пример расчёта делителя.Исходные значения.R1 – 1007 кОм (результат замера резистора на 1 мОм).

Rвх. – 50 кОм (я выбрал более высокоомный вход из двух имеющихся на передней панели системного блока).

Расчёт делителя в положении переключателя 1:20.Сначала рассчитаем по формуле (1) коэффициент деления делителя, определяемый резисторами R1 и Rвх.

1. 1007 + 50/ 50 = 21,14 (раз)
2. 21,14*20 = 422,8 (раз)
3. 20,14*100 = 2014 (раз) 

Значит, общий коэффициент деления в положении переключателя 1:20 должен быть:Рассчитываем номинал резистора для делителя.1007*50 / 50*422,8 –50 –1007 ≈ 2,507 (кОм)Расчёт делителя в положении переключателя 1:100.Определяем общий коэффициент деления в положении переключателя 1:100.Рассчитываем величину резистора для делителя.1007*50 / 50*2014 –50 –1007 ≈ 0,505 (кОм)

Если вы собираетесь использовать только осциллограф «Авангард» и только в диапазонах 1:1 и 1:20, то точность подбора резистора может быть низка, так как «Авангард» можно откалибровать независимо в каждом из двух имеющихся диапазонов. Во всех остальных случаях придётся подобрать резисторы с максимальной точностью. Как это сделать написано в следующем параграфе.

 Если Вы сомневаетесь в точности своего тестера, то можно подогнать любой резистор с максимальной точностью методом сравнения показаний омметра.      Для этого, вместо постоянного резистора R2 временно устанавливается подстроечный резистор R*. Сопротивление подстроечного резистора подбирается так, чтобы получить минимальную ошибку в соответствующем диапазоне деления.

 А это парочка формул для расчёта классического делителя. Классический делитель может пригодиться, когда требуется высокое входное сопротивление прибора (мОм/В), а применять дополнительную делительную головку не хочется.

• Как подобрать или подогнать резисторы делителя напряжения?
• Так как радиолюбители часто испытывают трудности при поиске прецизионных резисторов, я расскажу о том, как можно с высокой точностью подогнать обычные резисторы широкого применения.
• Использование подстроечных резисторов.

 Как видите, каждое плечо делителя состоит из двух резисторов – постоянного и подстроечного. Недостаток – громоздкость. Точность ограничена только доступной точностью измерительного прибора.

ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДЁТ.

Раздел: [Измерительная техника] Сохрани статью в: Оставь свой комментарий или вопрос:

Источник: http://www.cavr.ru/article/1459-kak-sdelati-cifrovoj-oscillograf-iz-kompiyutera-svoimi-rukami(chasti-1)

USB осциллограф

Решили мы как-то взять осциллограф другу. Долго думали… Выложить за советскую Цешку тысяч 5-10, либо поднакопить на нормальный фаршированный цифровой осциллограф, который сейчас у меня стоит на рабочем столе

На Авите советские осциллографы стоят почему-то до сих пор очень дорого, а цифровой осциллограф стоит и того дороже.

  И тут мы подумали: “А почему бы не взять USB осциллограф с Алиэкспресса?”  Цена – копейки, функционал почти тот же самый, что и у цифрового осциллографа, да и габариты небольшие.

  USB осциллограф по сути тоже является цифровым осциллографом, но только с одним отличием –  у него нет собственного дисплея.

Почесали репу, пораскинули мозгами… Кризис – надолго. Доллар дешеветь не собирается. Самые лучшие инвестиции – это в приборы и в образование. Ну что же, сказано – сделано. Спустя месяц с лишним пришел вот такой USB осциллограф:

• 
• В придачу с ним шли 2 щупа, шнур USB, расходники, диск с ПО, а также отвертка для регулировки щупов
• 

С одной стороны осциллографа мы видим два BNC разъема для подключения щупов, а справа видим два штыря. Эти штыри – генератор тестового сигнала для калибровки щупов осциллографа. Один из них земля, а другой – сигнальный.

Как мы видим на фото, максимальное напряжение, которое мы можем подавать на разъемы BNC – это 30 Вольт, что вполне хватит для начинающего электронщика. Генератор тестового сигнала выдает нам прямоугольный сигнал меандр с частотой в 1 Килогерц и размахом в 2 Вольта.

1. С другой стороны можно увидеть сигнальный светодиод, сигнализирующий о работе осциллографа, а также вход для USB кабеля, который другим концом цепляется к ПК
2. 
3. В рабочем состоянии все это выглядит как-то так:
4. 

Работа осциллографа

После установки программного обеспечения, которое шло на диске, цепляем наш осциллограф. Начинается установка драйверов. Потом запускаем программу. Интерфейс программы проще пареной репки:

Слева само рабочее поле, а справа горизонтальная и вертикальная развертка для первого и второго канала. Есть также волшебная кнопка “AUTO”, которая выдает нам уже готовый сигнал на дисплее.

Далее нажимаем на “CH1”, что означает “первый канал”, так как я подцепился к разъему первого канала. Цепляем щуп к тестовым штырям и подготавливаем осциллограф к работе. Крутим винтик на щупе и добиваемся  того, чтобы осциллограмма тестового сигнала была строго  прямоугольной

• 
• Должно получиться как-то так:
• 

На всех цифровых осциллографах это делается одинаково. Как это сделать, можно прочитать здесь.

Также можно вывести параметры, которые осциллограф сразу бы показывал на мониторе. Это частота, период, среднее значение, среднеквадратичное, напряжение от пика до пика и тд. Про эти параметры можно прочитать в этой статье.

Частота дискретизации

Частота дискретизации – это грубо говоря, с какой частотой осциллограф записывает сигнал. Как вы знаете, осциллограмма – это кривая или прямая линия. Чаще всего кривая. Помните, как на алгебре чертили параболу графика y=x2 ? Если мы брали 3-4 точки, то у нас график  получался с изломами (в красных кружочках)

1. А если бы брали больше точек, то и график собственно получался правильнее и красивее:

Здесь все то же самое! Только по Х у нас откладывается время, а по Y  – напряжение.

Следовательно, чтобы сигнал как можно точнее отображался на дисплее, нужно чтобы этих точек было как можно больше. И чем больше точек, тем лучше и правильнее отображается форма сигнала. В этом плане абсолютную победу одерживают аналоговые осциллографы. 

Для того, чтобы было как можно больше точек, частота дискретизации должна быть как можно больше. Также частоту дискретизации чаще всего называют частотой сэмплирования. Sample с англ. – выборка. На каждом цифровом осциллографе эта частота сэмплирования указывается прямо на его корпусе. Указывается она в МегаСэмплах, что значит миллион сэмплов.

У этого USB осциллографа максимальная частота сэмплирования составляет 48 МегаСэмплов в секунду (48MSa/s) Это означает, что за 1 секунду сигнал прорисовывается (состоит) из 48 миллионов точек.

Вот теперь скажите мне, у какого осциллографа будет самый правильный сигнал? У OWONa с частотой дискретизации в 500 МSa/s или у нашего героя статьи в 48MSa/s ? То-то же)

Полоса пропускания

Полоса пропускания – это максимальная частота, после которой осциллограф начинает показывать искажение сигнала.

На данном USB осциллографе заявленная полоса пропускания  равняется 20 Мегагерц.  Если мы будем замерять сигналы более, чем за 20 Мегагерц, то у нас сигналы будут искажаться по амплитуде.

Хотя на деле этот USB осциллограф выдает максимум 3 Мегагерца без искажения. Это маловато.

Плюсы осциллографа

1. Умеренная цена и функционал. Стоит в разы дешевле, чем крутые цифровые осциллографы
2. Настройка и установка ПО занимает около 10-15 минут
3. Удобный интерфейс
4. Малогабаритный размер
5. Может производить операции как с постоянным, так и с переменным током
6. Два канала, то есть можно измерять сразу два сигнала и выводить их на дисплей

Минусы осциллографа

1. Малая частота дискретизации. Небольшое лирическое отступление…
2. Обязательно нужен ПК
3. Малая полоса пропускания
4. Глубина памяти тоже никакая

Вывод

После цифрового осциллографа OWONa этот USB осциллограф чувствуется гламурной какашкой. Не хочу сказать, что он вообще плохой и лучше его не покупать. Он очень даже хорош собой и умеет выдавать осциллограмму  по заявленным характеристикам типа до 20 Мегагерц, но на самом деле в разы меньше.

Обошелся он нам чуть меньше 4000 руб. Если бы он стоил в районе 1000-2000 руб, то он стоил бы своих денег. В принципе, для начинающих электронщиков этот осциллограф будет более-менее нормальным решением.

Для средних и профи электронщиков скажу сразу: “Копите деньги на нормальный цифровой осциллограф!”

• Вот также небольшой видеообзор от Паяльника:
• Более подробно про то, как выбрать осциллограф и на какие параметры следует обратить внимание, читайте в этой статье.

Источник: https://www.RusElectronic.com/usb-ostsillograf/

Как сделать цифровой осциллограф из компьютера своими руками(часть 2)

Рассказать в:
ПРОДОЛЖЕНИЕ:Подбор резисторов.    Другой способ – подбор пар резисторов. Точность обеспечивается за счёт подбора пар резисторов из двух комплектов резисторов с большим разбросом. Сначала все резисторы промеряются, а затем подбираются пары, сумма сопротивлений которых наиболее соответствует схеме.       Именно этим способом, в промышленных масштабах, подгонялись резисторы делителя для легендарного тестера «ТЛ-4».Недостаток метода – трудоёмкость и потребность в большом количестве резисторов.

Чем длиннее список резисторов, тем выше точность подбора.Подгонка резисторов при помощи наждачной бумаги.  Подгонкой резисторов, путём удаления части резистивной плёнки, не брезгует даже промышленность.

Однако при подгонке высокоомных резисторов не допускается прорезать резистивную плёнку насквозь. У высокоомных плёночных резисторов МЛТ, плёнка нанесена на цилиндрическую поверхность в виде спирали. Подпиливать такие резисторы нужно крайне осторожно, чтобы не разорвать цепь.

Точную подгонку резисторов в любительских условиях можно осуществить при помощи самой мелкой наждачной бумаги – «нулёвки».  Сначала с резистора МЛТ, у которого заведомо меньшее сопротивление, при помощи скальпеля аккуратно удаляется защитный слой краски.  Затем резистор подпаивается к «концам», которые подключаются к мультиметру. Осторожными движениями шкурки-«нулёвки» сопротивление резистора доводится до нормы. Когда резистор подогнан, место пропила покрывается слоем защитного лака или клея. 

На мой взгляд, это самый быстрый и простой способ, который, тем не менее, даёт очень хорошие результаты.Конструкция и детали.   Элементы схемы адаптера размещены в прямоугольном дюралюминиевом корпусе. Переключение коэффициента деления аттенюатора осуществляется тумблером со средним положением.    В качестве входного гнезда применён стандартный разъём СР-50, что позволяет использовать стандартные кабели и щупы. Вместо него можно применить обычное аудио гнездо типа Джек (Jack) 3,5мм.      Выходной разъём – стандартное аудио гнездо 3,5мм. Адаптер соединяется с линейным входом аудиокарты при помощи кабеля с двумя Джеками 3,5мм на концах.  Сборка произведена методом навесного монтажа  Для использования осциллографа понадобится ещё кабель со щупом на конце. Как его изготовить подробно будет описано в другом мануале в ближайшее время под названием «Как изготовить кабель-щуп для низкочастотного виртуального осциллографа?»Как откалибровать виртуальный осциллограф?Чтобы произвести калибровку осциллографа, нужно иметь хоть какой-нибудь измерительный прибор. Подойдёт любой стрелочный тестер или цифровой мультиметр, которому Вы доверяете.В связи с тем, что у некоторых тестеров слишком высокая погрешность при измерении переменного напряжения до 1-го Вольта, калибровку производим при максимально возможном, но неограниченном по амплитуде, напряжении. Перед калибровкой производим следующие настройки.Выбираем частоту генератора 50Hz переключателем «Frequency Presets» (предустановки), так как все любительские приборы для измерения переменного напряжения умеют работать на этой частоте, да и наш адаптер пока не может корректно работать на более высоких частотах.Переключаем вход адаптера в режим 1:1.Глядя на экран осциллографа, подбираем при помощи ручки генератора «Плавно» (Trim) максимальный неограниченный уровень сигнала. Сигнал может ограничиваться, как на входе аудиокарты, так и на её выходе, при этом точность калибровки может существенно снизиться. В «AudioTester-е» даже имеется специальный индикатор перегрузки, который выделен на скриншоте красным цветом. Замеряем тестером напряжение на выходе генератора и рассчитываем величину соответствующего ему амплитудного значения.

Пример.

Показание вольтметра = 1,43 Вольта (действующее).Получаем амплитудное значение.

1,432*√2 = 2,025 (Вольт)     Команда “Options > Calibrate” вызывает окно калибровки “AudioTester-а”.

И хотя возле окошка ввода указана размерность в «mVrms», что по идее должно означать среднеквадратичное значение, в реальности, в осциллографе «oszi v2.0c» из комплекта «AudioTester-а», вводимые значения соответствуют… непонятно чему. Что, правда, вовсе не мешает точно откалибровать прибор.

Путём ввода значений с небольшим шагом можно точно подогнать размер изображения синусоиды под вычисленное выше амплитудное значение.На картинке видно, что амплитуда сигнала уложилась чуть больше, чем в два деления, что соответствует 2,02 Вольта.

Точность отображения амплитуды сигналов, полученных с входов 1:20 и 1:100 будет зависеть от точности подбора соответствующих резисторов делителя.

  При калибровке осциллографа «Авангард», полученные при измерении тестером значения также нужно умножить на √2, так как и вольтметр, и калибратор «Авангард-а» рассчитан на амплитудные значения.

Вносим полученное значение в окошко калибровки в милливольтах – 2025 и нажимаем Enter.

Чтобы откалибровать второй диапазон осциллографа «Авангард», который отмечен, как «250», нужно сначала рассчитать реальный коэффициент деления, сравнив показания встроенного вольтметра в двух диапазонах делителя: 1:1 и 1:20.

Вольтметр осциллографа, при этом должен находиться в положении «12,5»Пример.

122 / 2323 = 19,3   Затем нужно подправить файл «calibr», который можно открыть в блокноте (Notepad-е). Слева файл до правки, а справа – после. 

Файл «calibr» находится в той же самой директории, где расположена текущая копия программы. 

В восьмую строчку вносим реальный коэффициент деления, соответствующий делителю первого (левого) канала. 

 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».Что делать, если нет тестера? Или опасные опыты.Можно ли использовать для калибровки осветительную сеть? Так как любой уважающий себя радиолюбитель, несмотря на все предупреждения, первым делом пытается залезть своим детищем в розетку, я счёл необходимым рассказать об этом опасном занятии подробнее.

     По ГОСТу напряжение сети не должно выходить за пределы 220 Вольт – 10% +5%, хотя, в реальной жизни, это условие соблюдается не так часто, как хотелось бы. Ошибки измерений в процессе подгонке резисторов и замерах импеданса также могут привнести высокие погрешности при данном способе калибровки.

      Если Вы собрали прецизионный делитель, например, на высокоточных резисторах, и если известно, что в вашем доме напряжение в осветительной сети поддерживается с достаточной точностью, то её можно использовать для грубой калибровки осциллографа. 

Но, есть очень много НО, из-за которых, я Вам категорически не рекомендую это делать.

Первое и наиболее важное «НО», это сам факт того, что Вы читаете эту статью. Тот, кто на ты с электричеством, вряд ли стал бы тратить на это время. Но, если и это не аргумент… 
Самое главное!   1. Компьютер должен быть надёжно заземлён!!!

2. Ни под каким предлогом не суйте в розетку «земляной» провод! Это тот провод, который соединён через корпус разъёма линейного входа с корпусом системного блока!!! (Другие названия этого провода: масса, корпус, общий, экран и т.д.) Тогда, вне зависимости от того, попадёте Вы в фазу или в ноль, не произойдёт короткое замыкание. Другими словами, в розетку можно втыкать только провод, который соединён с резистором R1 номиналом 1 мегом, расположенном в схеме адаптера!!!Если же Вы попытаетесь воткнуть в сеть провод, соединенный с корпусом, то в 50% случаев это приведёт к самым печальным последствиям.Так как максимальная неограниченная амплитуда на линейном входе около 250мВ, то в положении делителя 1:100 можно будет увидеть амплитуду величиной примерно в 50… 250 Вольт (в зависимости от входного импеданса). Поэтому, для измерения напряжения сети, адаптер должен быть оборудован делителем 1: 1000. Делитель 1:1000 можно рассчитать по аналогии с делителем 1:100.

• Пример расчёта делителя 1:1000.
• 20,14*1000 = 20140 (раз) 
• 1007*50 / 50*20140 –50 –1007 ≈ 50 (Ом)ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ:

Верхнее плечо делителя = 1007кОм.Входной импеданс = 50кОм.Коэффициента деления по входу 1:1 = 20,14.Определяем общий коэффициент деления для входа 1:1000.Рассчитываем величину резистора для делителя. Раздел: [Измерительная техника] Сохрани статью в:

Источник: http://2zv.ru/article/1458-kak-sdelati-cifrovoj-oscillograf-iz-kompiyutera-svoimi-rukami

Простой осциллограф за 1 день

Здрасьте! Ну нет у меня денег на нормальный осциллограф(и на нормальную камеру). Так что сильно не деритесь. Но было 500 рублей на экран и простой 8-битный микроконтроллер.

Небольшое описание под катом. Началось все с того, что на руках у меня появился графический LCD экранчик WG12864B фирмы WINSTAR. 128×64 пикселя, монохромный. Никогда с ними не работал, было интересно в нем разобраться (люблю копаться в даташитах, особенно, по Cortex M4 контроллерам в 1400 страниц). Управление оказалось очень простым, мне показалось проще, чем управление символьными LCD экранами. Основная первоначальная сложность возникла лишь в том что экран поделен на 2 независимые части 64×64, каждая из которых управляется собственным контроллером. Об управлении писать не буду, в интернете тьма статей разных и библиотек. Дак вот. Вывел я картинку, порадовался, показал маме. Что же делать дальше, с экраном вроде разобрался, дальше картинки рисовать уже скучно. Решил сделать осциллограф, потому что у меня его нету, и, наверное, еще долго не будет. И тут сразу вспомнилась одна функция этого экрана «Стартовая линия дисплея». Она служит, так сказать, смещением памяти. Если записать в память пиксель в точке (0,0) и сделать стартовую линию, например 5, то точка будет видна на экране на 5 линии горизонтально. Мне показалось это решением проблемы сдвига изображения вместо его перерисовки. Решил что одну половину экрана я буду сдвигать вместе с изображением сигнала, а на второй будет показываться различная информация: напряжение и все такое. Логика проста. Стираем строчку(старую точку которая хочет вылезти справа при сдвиге более 64 точек), строим точку, эквивалентную напряжению, сдвигаем на 1 пиксель влево изображение. Эффект соединенных точек сначала думал сделать через алгоритм Брезенхема, но потом подумал, что сдвигаем ведь всего на 1 пиксель и линии будут вертикальные. Амплитудное значение определяется по формуле:

amp=63-(8-битное значение из АЦП) сдвинутое на 2 разряда вправо;

Сделал все это в бесконечном цикле, запустил, и… ничего не увидел. добавил задержку 100мс и получил то изображение, которое видно в видео. При уменьшении задержки изображение становится слаборазличимым. Тут я взгрустнул, так как сигналы частотой выше 10 Гц становятся совсем неразличимы. Это все из за метода сдвига экрана. Если стирать экран и записывать информацию блоками, а не пикселями, как это делал я, качество изображения значительно улучшится и ускорится отрисовка. Но делать это было, честно, неохота, особенно в сессию. И я оставил все как есть. На нижней части экрана я нарисовал шкалу времени, подписал отрезок. Шкалу напряжения пришлось делать на нижнем экране, так как на сдвигающемся экране сложновато сделать несдвигающуюся шкалу, тем более, чтобы её было нормально видно. Вот картинка, чтоб удобней было ориентироваться: На текущий момент имеем 3 Вольта. Кому интересно, синус делал на ЦАПе МК Cortex M4 с периодом чуть больше 3 секунд. На экране видно, что пару значений не досчитал на пике. Воот. А место-то еще осталось и добавил я еще пару цифровых каналов. Работают они на прерываниях и чуть пошустрей аналогового, так как немного по другому принципу: отобразили сигнал слева-направо, стерли, отобразили снова. Тут уж можно просмотреть цифровой сигнал с частотой меньше 50 Герц. Например, проверить работоспособность какого-нибудь медленного интерфейса. Очень медленного:) В общем все рассказал. Предложения и отзывы в х. Только не разводите балаган, лучше купите мне осциллограф) Счастья всем.

UPDATE1: Спасибо всем за критику, после сессии попытаюсь более серьезно отнестись к программе и аппаратной части, опираясь на ваши замечания.

UPDATE2: вот код для atmel studio для микроконтроллера ATMega168, который содержит процедуры работы с графическим экраном, обработку прерываний таймера и цифровых входов.

Просмотреть код#include
#define F_CPU 8000000
#include
#include

#define ClearBit(reg, bit) reg &= (~(1

Источник: https://habr.com/post/165611/

Осциллограф из компьютера или ноутбука своими руками: схемы и инструкция

Что необходимо использовать

Самая оптимальная сегодня – это программа Osci, она имеет интерфейс, похожий на классический осциллограф: на мониторе находится стандартная сетка, с помощью которой вы сможете сами померить амплитуду или длительность.

Из недостатков этой программы можно выделить то, что она работает немного нестабильно. Во время работы утилита может иногда зависать, а чтобы затем ее сбросить, надо использовать специализированный TaskManager.

Но все это компенсируется тем, что программа имеет привычный интерфейс, и довольно удобна в использовании, а также имеет большое количество функций, они дают возможность сделать полноценно работающий осциллограф из компьютера или ноутбука.

На заметку

Нужно сказать, что в комплекте данных программ есть специальный низкочастотный генератор, но его использование нежелательно, он пытается полностью сам контролировать работу драйвера звуковой карты, что провоцирует выключение звука. Если решили его опробовать, позаботьтесь, чтобы у вас была точка восстановления либо сделайте бэкап вашей ОС. Самым оптимальным способом, как сделать своими руками из компьютера осциллограф, будет скачивание рабочего генератора.

«Авангард»

Это отечественная программа, она не имеет привычной и стандартной измерительной сетки, и отличается очень большим экраном для фотографирования скриншотов, но в то же время позволяет использовать установленный частотомер и вольтметр амплитудных значений. Это частично компенсирует недостатки, указанные выше.

Сделав этот осциллограф из компьютера, вы столкнетесь со следующим: на небольших уровнях показателей вольтметр и частотомер могут значительно искажать данные, но для новичков-радиолюбителей, эта утилита будет вполне достаточной. Еще одной полезной функцией будет то, что можно делать абсолютно независимую калибровку двух уже находящихся шкал установленного вольтметра.

Как это использовать

Из-за того, что входные цепи звуковой карты имеют специальный разделительный конденсатор, то компьютер в роли осциллографа может работать только с закрытым входом. Таким образом, на мониторе будет видна лишь переменная составляющая показателей, но, имея определенную сноровку, с помощью этих программ можно сделать измерение показателя постоянной составляющей. Это очень актуально в случае, когда, к примеру, время отсчета мультиметра не дает возможности зафиксировать некоторое значение амплитуды напряжения на конденсаторе, заряжающегося с помощью крупного резистора.

Нижнее значение напряжения ограничивается уровнем фона и шума и имеет примерно 1 мВ. Верхний предел ограничивается лишь по показателям делителя и достигает более сотни вольт. Частотный диапазон ограничивается самой возможностью звуковой карты и для старых компьютеров составляет около 20 кГц.

Естественно, в этом случае рассматривается довольно примитивное устройство. Но когда у вас нет возможности, например, использовать USB-осциллограф, то в данном случае его использование вполне приемлемо.

Кроме того, программа-осциллограф даст возможность вам сохранить эпюру для иллюстрации материала или для размещения в сети.

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.

Подгонка резисторов

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:

• Чтобы подогнать резисторы в домашних условиях, надо просто использовать обычную наждачную бумагу «нулевку».
• Изначально у резистора, у которого находится меньшее сопротивление, бережно удаляется защитный слой краски.
• Затем нужно подпаять резистор к концам, они и подклеиваются к мультиметру. С помощью аккуратных движений наждачкой показатели сопротивления резистора выводятся до нужного значения.

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

• 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.

Источник: https://elektro.guru/elektrooborudovanie/bytovaya-tehnika/drugie-pribory/kak-sdelat-svoimi-rukami-oscillograf-iz-noutbuka.html