Осциллографический пробник своими руками схемы

Схема пробника с осциллографическим индикатором 8X8

Принципиальная схема самодельного осциллографического индикатора для простых проверок, содержит дисплей 8X8 светодиодов. Доступные большинству радиолюбителей сервисные и лабораторные осциллографы выпуска 70-80-х годов, обладают высокой точностью и достаточной функциональностью.

Но они слишком тяжелы и громоздки, их невозможно использовать в полевых условиях или при ремонте по вызову.

Конечно, сейчас есть осциллографические мультиметры или миниатюрные приставки к ноутбукам — USB-осциллографы. В литературе встречаются описания микроконтроллерных самоделок на ЖК-панелях.

Но все это либо очень дорого, либо сложно, требует «суперсовременную» элементную базу, которую не всегда можно приобрести.

Поэтому, желательно в дополнение к «динозавру» типа С1-55 иметь осциллографический пробник, простой и дешевый в изготовлении. В Л.1 приводится описание логического пробника, с экраном 10×10 из набора отдельных светодиодов.

Конструкция, безусловно, интересная но, недостаточно функциональная. Во-первых, работает только с логическими уровнями и не может показывать процессы в аналоговых цепях.

Во-вторых, использование 100 отдельных светодиодов делает экран слишком большим и плохо читаемым с близкого расстояния.

Принципиальная схема

На рисунке в тексте показана схема моего варианта осциллографического пробника.

Его главные отличия от предложенного в Л.1:

1. В качестве экрана используется графический светодиодный индикатор КИПГОЗА-8х8К, поэтому экран хотя и маленький (20×20мм), но легко читаемый с близкого расстояния.
2. Питается пробник от собственного гальванического источника, или от сетевого адаптера.
3. Можно анализировать как логические схемы, так и аналоговые, включая и схемы с переменным током.
4. Максимальная чувствительность (отклонение на всю высоту Y) составляет 1V.

Схема, как и у настоящего осциллографа, состоит из канала вертикального отклонения (на микросхеме А1), горизонтальной разветки (узел на микросхемах D1 и D2), источника питания и индикаторного устройства.

Рис. 1. Принципиальная схема тестера с осциллографическим индикатором.

В канале вертикального отклонения работает широко известная индикаторная микросхема LM3914, с линейной зависимостью индикации. Режим работы установлен -«движущаяся точка».

Так как архитектура используемого графического индикатора 8X8 (8 по вертикали и 8 по горизонтали, всего 64), здесь используются только 8 выходов микросхемы А1.

При питании опорной цепи её компараторов от встроенного стабилизатора напряжения 1,25V, получается, что величина максимальной индикации соответствует входному напряжению 1V (поступающему на вывод 5).

На резисторах R1 и R2, которые входят в состав внутреннего стабилизатора А1 и схему задания тока через светодиоды, сделана схема перемещения «нулевой линии» по вертикали («смещение по вертикали»).

Это позволяет установить нулевую линию индикации на любую из 8-й строк индикатора и исследовать как постоянные положительные, так и отрицательные и переменные напряжения.

Постоянное напряжение с R2 суммируется с входным, благодаря тому, что поступает на «заземленный» вывод R3 — регулятора чувствительности по вертикали.

Обратите внимание, — «земля» входа (Х1) подключена не к общему минусу питания схемы, а к движку резистора R2.

Переключатель S1 служит для выбора импульсного режима (как на схеме) или режима переменного тока, когда постоянную составляющую не пускает конденсатор С2.

Переключатель S2 ступенчато регулирует чувствительность. Положение хЗ наиболее удобно при анализе логических схем.

Схема развертки сделана по такой же схеме, как и в Л.1. Она состоит из мультивибратора на логических инверторах D2.1 и D2.2 и счетчика D1. Частота мультивибратора ступенчато регулируется с помощью переключателя S3, который переключает емкости в частотозадающей цепи мультивибратора. Плавная регулировка с помощью R5.

Положения переключателя подписаны в единицах времени на одно деление по горизонтали (всего по горизонтали 8 делений).

Импульсы с выхода мультивибратора поступают на вход счетчика D1, который своими выходами сканирует вертикальные столбцы светодиодного графического индикатора, создавая развертку по горизонтали.

Чтобы получить достаточную яркость свечения индикатора ток через его светодиоды должен быть не менее 10мА. Максимум же единицы выхода К561ИЕ9 — всего 3 мА. Поэтому, ток на светодиоды подается через восемь транзисторных ключей VТ1-VТ8, включенных по схеме усилителей тока.

Конструкция

Питается пробник от «Кроны», вернее от её импортного аналога. Так как фактически в любой момент времени светится только один светодиод индикаторной матрицы ток, потребления не превосходит 20мА.

Но, при наличии электросети на месте проведения работ прибор можно питать и от сетевого адаптера, через разъем Х2.

Переключатель S4 одновременно является выключателем питания при работе от батареи и переключателем источника питания. При работе от внешнего источника выключение производится отключением этого источника от сети или разъема Х2.

На месте S4 можно установить тумблер с нейтралью, тогда нейтральное положение будет соответствовать выключенному, а в крайних, — питание от батареи или от внешнего источника.

Стабилизатора напряжения питания в схеме не предусмотрено. Это немного негативно сказывается на стабильности частоты развертки, но не на точности работы канала вертикального отклонения, так как в микросхеме LM3914 есть стабилизатор опорного напряжения. Впрочем, это же пробник, а не полноценный осциллограф, — высокой точности от него и не требуется.

Большинство деталей расположено на отрезке макетной печатной платы размерами 90×23мм. На плате, расположены три микросхемы и транзисторные ключи, другие детали.

Корпус сделан из пластмассового пенала размерами 210х30х30мм. В одной из его половинок располагается печатная плата и батарея питания.

В другой сделан вырез 20×20мм под индикатор, и отверстия для установки переменных резисторов R1, R2, R3, R5, а так же для всех переключателей и разъемов. Все соединения выполнены монтажным проводом, а для соединения с индикатором используется два ленточных кабеля по 8 жил в каждом.

Детали

Использовать вместо микросхемы LM3914 другие LM39xx нежелательно, так как у них логарифмический закон индикации, а здесь нужен исключительно линейный.

Микросхемы К561 можно заменить любыми аналогами серий К176, К564, CD40. Вместо К561ЛЕ5 (или её аналога) можно использовать любую микросхему данной серии, имеющую не менее двух инверторов.

Счетчик К561ИЕ9 (или аналог) можно заменить десятичным счетчиком К561ИЕ8, соединив его выход №8 с входом обнуления (R).

Что касается индикатора КИПГ03А-8х8К, — его можно заменить любым аналогичным графическим светодиодным индикатором отечественного или зарубежного производства. На рисунке в тексте приводится чертеж корпуса и схема индикатора КИПГ03А-8х8К.

В крайнем случае, вместе графического индикатора можно использовать отдельные светодиоды, всего 64 штуки. Но, желательно чтобы эти светодиоды были как можно меньших размеров, и расположить их на основе экрана максимально близко друг к другу.

Лучше использовать миниатюрные светодиоды с квадратными корпусами, и склеить их в матрицу при помощи какого-либо подходящего клея.

Рис. 2. светодиодный индикатор КИПГ03А-8х8К.

Индикатор нужно закрыть светофильтром соответствующего цвета и снабдить блендой, защищающей его от внешнего света.

Налаживание

Проверьте правильность монтажа. Включите прибор. Если резистор R2 находится в нижнем по схеме положении индикации не будет (ноль за пределами экрана).

Поворотом R2 добейтесь индикации. На экране должна быть движущаяся горизонтальная точка или горизонтальная линия (это зависит от того какая частота развертки выбрана). После того как вы убедились в том, что прибор работает, переключите S1 в положение «=» и отградуируйте шкалу вокруг ручки переменного резистора R3, подавая на вход прибора постоянное напряжение от лабораторного источника (при необходимости, через потенциометр), и измеряя его мультиметром.

Нанесите вокруг ручки R3 не менее десяти рисок. Затем проверьте соответствие на всех четырех пределах (на всех четырех положениях S2). Если нужно подберите сопротивления R3, R4, R15. Погрешность 10-15% вполне приемлема.

Точность развертки, в общем, можно установить подбором сопротивления R6, а для каждого из положений S3 — подбором емкости соответствующего конденсатора.

В работе данный пробник во многом сходен с простым импульсным осциллографом.

При анализе логических схем ручками смещения по вертикали (R1 и R2) установите линию (бегущую точку) на нижнюю линию индикатора.

Затем, подаете на вход напряжение от шины плюса питания анализируемой схемы, и ручкой чувствительности (R3) установите бегущую точку на верхний ряд индикатора. Далее, все как с обычным импульсным осциллографом, — внизу ноль, вверху единица.

А если линии и внизу и вверху, — то это импульсы и чтобы их увидеть нужно подстроить развертку (R5, S3).

При анализе аналоговых схем резисторами R1 и R2 установите линию (бегущую точку) где-то посредине высоты экрана. Точно посредине, как у настоящего осциллографа, не получится, потому что у данного индикатора четное число строк, так что на четвертую или пятую линию. Тоже самое и при работе с переменным током.

Устойчивого изображения импульсов или формы переменного напряжения добивайтесь регулировкой развертки (R5, S3).

С помощью этого пробника можно видеть логические уровни, постоянные напряжения, прямоугольные импульсы, синусоидальное переменное напряжение. Конечно, все в пределах точности данного пробника и в пределах разрешающей способности 64-точечного экрана.

Несмотря на все эти ограничения, работая в паре с мультиметром, этот пробник может во многих случаях заменить настоящий осциллограф.

Каравкин В. РК-04-08.

Литература: 1. Андреев С. Универсальный логический пробник, РК-09-2005.

Источник

Как собрать осциллограф своими руками — 3 рабочие схемы, советы по монтажу, видео

1. Осциллограф на PIC18F2550
2. Цифровой осциллограф для ПК
3. На AVR — инструкция по сборке, характеристики
4. Видео

Рассмотрим 3 рабочие схемы осциллографов. Первый прибор собран на микроконтроллере PIC18F2550. Второй осциллограф — цифровой, в основе третьего — микроконтроллер AVR. Поговорим о каждом по порядку.

Осциллограф на PIC18F2550 своими руками — схема, инструкция по сборке

Осциллограф на PIC18F2550 измеряет среднее, максимальное, минимальное, пиковое напряжения и пересечение нулевого уровня. Осциллограф имеет встроенную функцию триггера, который может быть использован для остановки сигнала для его детального изучения. Масштаб времени для отображения может быть легко изменён функцией changeTimeDivision.

Осциллограф измеряет напряжение в пределах 0–5В, 0–2.5В и 0–1,25. Основным недостатком этого осциллографа является низкая частота дискретизации (

60 кГц), а также тот факт, что входы ограничены ограничениями АЦП микроконтроллера. Тем не менее, это очень хороший прибор и первым мы рассмотрим именно его схему.

Схема осциллографа на PIC18F2550

Исходники и прошивку можно будет скачать ниже. Теперь давайте детальнее остановимся на каждом блоке схемы.

Напряжение поступает с 9-вольтовой батареи на интегральный стабилизатор напряжения TC1262-5.0V для обеспечения стабильных 5В для питания микроконтроллера и дисплея. На выходе стоит 1мкФ конденсатор.

Графический ЖК дисплей AGM1264F с разрешением 128х64 пикселей оснащен встроенными контроллером KS0108. Он имеет светодиодную подсветку и генератор отрицательного напряжения для управления.

Вывод A0 настроен на аналоговый вход. Обратите внимание, что сопротивление источника сигнала влияет на напряжение смещения на аналоговом входе. Максимально рекомендованное сопротивление составляет 2.5 кОм.

Микроконтроллер PIC18F2550 работает на частоте 48 МГц от внутреннего генератора. R1 представляет собой нагрузочный резистор, необходимый для работы. C1 является стабилизирующим конденсатором. Компонент пометкой «RES» является 20 MHz резонатором.

Выводы USART должны быть подсоединены к RS-232 конвертеру для подключения к ПК для обновления прошивки. После этого он может быть отключен.

Необходимые детали для сборки осциллографа на PIC18F2550 и прошивка

• МК PIC 8-бит (IC1) — PIC18F2550
• Линейный регулятор (IC2) — TC1264, 5 Вольт.
• Конденсатор (С1) — 0.22 мкФ.
• Электролитический конденсатор (С2) — 1 мкФ.
• 2 резистора (R1, R3) — 3.3 кОм и 5 Ом соответственно.
• Подстроечный резистор (R2) — 10 кОм.
• Кварцевый резонатор (RES) — 20 МГц.
• LCD-дисплей — AGM1264F.
• Батарея питания (G1) — 9 В
• 3 разъёма — JP1 для подключения дисплея, JP2 для обновления прошивки (RS-232) и JP3 для входа аналогового сигнала.

Микроконтроллер должен быть прошит файлом «SAC_tinybld18F2550usb _20MHz_115200_48MHz». Его можно скачать ниже.

Видео, как работает осциллограф на PIC18F2550:

Цифровой осциллограф RS232 для ПК

Рассмотрим простое решение для создания цифрового компьютерного осциллографа. Устройство построено на базе восьмиразрядного процессора PIC12F675.

Схема цифрового осциллографа для компьютера

Ниже представлена структурная схема осциллографа:

Процессор работает на частоте 20 МГц. Микроконтроллер непрерывно измеряет входное напряжение, преобразовывает его и отправляет цифровое значение на последовательный порт компьютера. Скорость передачи данных последовательного порта — 115кБит и, как показано на следующем рисунке, данные сканируются и отправляются с частотой около 7,5 кГц (134 мкс).

Вот принципиальная схема самого цифрового осциллографа:

Основа схемы — микроконтроллер PIC12F675 (микросхема U2), который работает с тактовой частотой 20 МГц кристалла Y1. J1 — стандартный разъем для подключения питания в 9–12 В, которое затем стабилизируется на U1 до 5 В для питания процессора.

• Узнайте, как сделать щуп для осциллографа своими руками

После U2 в схему добавляется простой преобразователь TTL уровня с последовательным портом RS232 персонального компьютера. Он построен на базе транзистора BC337 (Q1) и резисторов R1 и R3. Вход 5 микроконтроллера ведет к переключателю S1. В своей основной позиции (1–2) прибор переключается в режим осциллографа постоянного тока (DC измерений), который способен отображать входной сигнал 0–5В. Во второй позиции — в режим осциллографа переменного тока. В этом положении максимальное напряжение — от -2,5 до +2,5 В. Конденсатор С6 подойдет керамический 22000nF, чтобы наблюдать низкие частоты без особых искажений.

При необходимости можно добавить дополнительные входной аттенюатор (сплиттер), или ОУ.

Необходимые радиоэлементы

• Линейный регулятор (U1) — LM78L05.
• МК PIC 8-бит (U2) — PIC12F675 (675-I/P).
• Биполярный транзистор (Q1) — BC337.
• 6 конденсаторов — С1, С2, С5 (3х0.1 мкФ); С3, С4 (2х22 пФ); С6 (22 мкФ)
• 4 резистора — R1, R3 (2х1 кОм) и R2, R4 (2х270 кОм).
• Кварцевый резонатор (Y1) — 20 МГц.
• Переключатель (S1)
• 3 разъема — J1 питания, J2 RS232, J3 входа сигнала.

Программное обеспечение

Для управления на Windows доступна простая программа на Visual Basic. Её можно скачать в архиве ниже.

Программа запускается сразу и ожидает появления данных на последовательном порте COM1. Слева — четыре ползунка, используемые для измерения периода и напряжения сигнала. Затем идут вкл/выкл синхронизации, поля для масштабирования или изменения значений размера выборки.

Монтаж

При сборке можно не делать печатную плату, а смонтировать все в небольшой пластиковой коробке навесным монтажом. Корпус должен иметь отверстия для разъема RS232 переключателя, входного гнезда и гнезда питания.

Прошивку для процессора можно скачать в конце статьи. Биты конфигурации (fuse) в процессе программирования должны быть установлены следующим образом:

Вот фото готового прототипа цифрового осциллографа:

Ниже вы можете скачать исходник, прошивку и ПО для Windows.

Осциллограф своими руками на AVR — инструкция по сборке, характеристики

Характеристики осциллографа на AVR:

1. Частота измерения: 10 Гц–7.7 кГц.
2. Макс. входное напряжение: 24В AC/30В DC.
3. Напряжение питания: 12В DC.
4. Разрешение экрана: 128×64 пикселей.
5. Область экрана осциллограммы: 100×64 пикселей.
6. Информационная область экрана: 28×64 пикселей.
7. Режим триггера: автоматический.

Рассмотрим проект осциллографа с использованием МК PIC18F2550 и графического LCD с контроллером KS0108. В качестве среды разработки здесь использована WinAVR, которая основывается на open source AVR-GNU компиляторе и прекрасно работает с AVR Studio 4. Графическую библиотека разработана специально для данного проекта.

При измерении прямоугольного сигнала, максимальная частота, при которой можно увидеть хорошую осциллограмму составляет около 5 кГц. Для других форм сигналов (синусоида или треугольный сигнал) максимальная частота составляет около 1 кГц.

Схема осциллографа на AVR

Принципиальная схема AVR-осциллографа приведена ниже:

Напряжение питания схемы составляет 12 вольт постоянного тока. Из этого напряжения, в дальнейшем получается еще 2 напряжения: +8.2В для IC1 и +5В — для IC2, IC3.

• Схема светодиодного осциллографического пробника

Устройство может измерять входное напряжение от +2.5В до -2.5В или от 0 до +5В, зависящее от позиции переключателя S1 (выбор типа входного тока: постоянный или переменный). При использовании пробника 1:10, входное напряжение соответственно может быть увеличено в 10 раз. Кроме того, переключателем S2 можно установить дополнительно деление напряжения на 2.

Необходимые радиоэлементы

• Операционный усилитель (IC1) — LM358.
• LCD-дисплей (IC2) — DEM128064A (128×64, контроллер KS0108).
• МК AVR 8-бит (IC3) — ATmega32.
• Линейный регулятор (IC4) — LM7805.
• Стабилитрон (D1) — 1N4738A, 8.2В.
• Выпрямительный диод (D2) — 1N4007.
• 7 конденсаторов — C1 (470 нФ); C2 (27 пФ); C4, C7, C9 (3х100 нФ); C5, C6 (2х22 пФ).
• 2 электролитических конденсатора — C3 (22 мкФ 16 В) и C8 (100 мкФ 25 В).
• 7 резисторов — R1, R2, R4 (3х1 МОм); R3, R5 (2х390 кОм); R6 (56 Ом); R7 (220 Ом).
• 2 подстроечных резистора (P1, P2) — 10 кОм и 22 кОм соответственно.
• Кварц (X1) — 16 МГц.
• 3 переключателя (S1, S2, S5).
• 5 кнопок (S3, S4, S6–S8) — замыкающие.
• 2 разъёма (K1, K2) — 2 контакта вход сигнала, 2 контакта питание.

Прошивка ATmega32 и настройка

Файл прошивки: AVR_oscilloscope.hex, можно будет скачать ниже. При выборе фьюзов необходимо указать использование внешнего кварца. После этого необходимо обязательно отключить JTAG интерфейс. Если этого не сделать, то на осциллографе будет отображаться экран инициализации, а после он будет уходить в перезагрузку.

Для настройки прибора нужно выполнить всего 2 вещи: настроить контрастность LCD при помощи подстроечного резистора Р2 и выставить центр осциллограммы при помощи подстроечного резистора Р1.

Использование

Вы можете перемещать луч осциллограммы вверх или вниз путем нажатия кнопок S8 и S4. Один квадрат на экране, соответствует 1В.

При помощи кнопок S7 и S3 можно увеличивать или уменьшать частоту измерений. Минимальная частота формы сигнала, которая может быть отображена на LCD составляет 460 Гц. Если необходимо посмотреть сигнал с более низкой частотой, например, 30 Гц, то необходимо нажать S7 для сжатия осциллограммы или S3 — для растяжения.

В осциллографе используется автоматический режим триггера. Это означает, что если входной сигнал повторяющийся (к примеру треугольник) то триггер работает хорошо. Но если форма сигнала постоянно меняется (к примеру какая-то последовательность данных), то для фиксации изображения необходимо нажать кнопку S6. Повторное нажатие S6 возвращает в нормальный режим.

Фото готового AVR осциллографа:

Видео работы осциллографа на AVR:

Источник