Usb-осциллограф своими руками: схема

Небольшие рекомендации по измерениям и использованию Hantek 6022BE.

– в части гальванической развязки и при работе с источниками напряжения (более 100В относительно земли да и в других случая не помешает) используйте питание осциллографа от ноутбука или планшета, работающих от аккумулятора (без сетевого адаптера!!!). Если питания от смартфона не хватает — можно дополнительно использовать внешний аккумулятор (пауэрбанк). – в части пределов измерения учитывайте, что не стоит превышать значение ±35В. При необходимости используйте делитель 1:10 на щупе или посмотрите другие варианты (щупы с большим делением, различные приставки вплоть до самодельных резистивных делителей). – в части программного обеспечения рекомендую посмотреть сторонние программы, как более удобные и функциональные.

Конструктор осциллографа: модель DSO138

Китайские производители всегда славились умением создавать электронику для профессиональных потребностей с очень ограниченным функционалом и за довольно небольшие деньги.

С одной стороны такие приборы не способны полностью удовлетворить ряд потребностей человека, занимающегося радиоэлектроникой в профессиональном русле, однако начинающим и любителям таких «игрушек» будет более, чем достаточно.

Одной из популярных моделей китайского производства типа конструктор осциллографа считается DSO138. Прежде всего, у этого прибора невысокая стоимость, а поставляется он со всем комплектом необходимых деталей и инструкций, поэтому как правильно сделать осциллограф своими руками, используя имеющуюся в комплекте документацию вопросов возникать не должно.

Перед монтажом нужно ознакомиться с содержимым упаковки: плата, экран, щуп, все нужные радиодетали, инструкция для сборки и принципиальная схема.

На выходе должен получиться прибор с такими характеристиками:

• Напряжение на входе: DC 9V;
• Максимальное напряжение на входе: 50 Vpp (1:1 щуп)
• Потребляемый ток 120 мА;
• Полоса сигнала: 0-200KHz;
• Чувствительность: электронное смещение с опцией вертикальной регулировки 10 мВ / дел — 5В / Div (1 — 2 — 5);
• Дискретная частота: 1 Msps;
• Сопротивление на входе: 1 MОм;
• Временной интервал: 10 мкс / Div — 50s / Div (1 — 2 — 5);
• Точность замеров: 12 бит.

Подбор провода

Отдельного упоминания заслуживает подбор провода. Правильный провод выглядит так:

Миниджек 3,5 мм расположен рядом для масштаба

Правильный провод представляет из себя более-менее обычный экранированный провод, с одним существенным отличием – центральная жила у него одна. Очень тонкая и выполнена из стальной проволоки, а то и проволоки с высоким удельным сопротивлением. Почему именно так поясню немного позже.

Такой провод не сильно распространен и найти его достаточно непросто. В принципе, если вы не работаете с высокими частотами порядка десятка мегагерц, особой разницы, использовав обычный экранированный провод, вы можете и не ощутить. Встречал мнение, что на частотах ниже 3-5 МГц выбор провода не критичен. Ни подтвердить, ни опровергнуть не могу – нет практики на частотах выше 1 МГц. В каких случаях это может сказываться тоже скажу позже.

Самодельные осциллографы нечасто имеют полосу пропускания в несколько мегагерц, поэтому используйте тот провод, который найдете. Просто стремитесь подобрать такой, у которого центральные жилы потоньше и их поменьше. Встречал мнение, что центральная жила должна быть потолще, но это явно из серии «вредных советов». Малое сопротивление проводу осциллографа без надобности. Там токи в наноамперах.

Если подключаете напрямую на выход логического элемента либо в ИБП, т.е. к достаточно мощному источнику сигнала, имеющему достаточно малое собственное сопротивление, то все будет отображаться нормально. Но если в цепи есть значительные сопротивления, то емкость щупа будет сильно искажать форму сигнала, т.к. будет заряжаться через это сопротивление. А это означает, что вы уже не будете уверены в достоверности осциллограммы. Т.е. чем ниже собственная емкость щупа, тем шире диапазон возможных применений вашего осциллографа.

Программы, эмулирующие работу осциллографа

Обработкой сигналов, поступающих на вход компьютера или ноутбука занимаются виртуальные осциллографы. Эти программы имеют интерфейс, схожий с экраном реального осциллографа. Часть приложений предназначена для работы с устройствами на основе звуковых карт, другие взаимодействуют с USB-осциллоскопами.

Программы, работающие через аудиовхода:

1. Digital Oscilloscope;
2. SoundCard Oszilloscope;
3. Российская разработка «Авангард».

Софт для USB-осциллографов:

1. Aktakom OscilloscopePro.
2. Simplescope.

Все виртуальные приборы являются двухканальными, снабжены генераторами частот, анализаторами. Проведенные измерения и осциллограммы можно сохранять на ПК. Обычно их не нужно инсталлировать. После распаковки архива и запуска программы появляется интерфейс реального осциллографа с регуляторами настроек.

Методы работы

Компьютер — цифровое устройство, поэтому для измерения аналогового параметра необходимо перевести сигнал в дискретный вид. Для этого используется АЦП — аналогово-цифровой преобразователь. Для вывода данных применяют ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.

Звуковая карта компьютера дискретизирует входящие аналоговые сигналы, подключаемые к входам LINE IN и MIC.

Поэтому аудиоплату можно использовать в качестве АЦП для подачи на компьютер или ноутбук измеряемого сигнала. Так как человек слышит звук в диапазоне 4Гц- 20кГц, то соответственно и аудиокарта работает в низкочастотном спектре. Полученный осциллограф также будет работать в указанном диапазоне.

Еще одним недостатком в работе «звукового» осциллоскопа является ограничение по напряжению, подаваемому на вход. Оно должно быть в пределах 0,5 В для входа MIC и до 2 В для LINE IN. Подключение сигнала амплитудой более 2В выведет из строя звуковую карту или компьютер.

Из-за конструкционных особенностей аудиокарты — наличие разделительного конденсатора на входе, постоянная составляющая электрического тока не будет показана на осциллографе. Но, используя приложение, можно ее измерить. Подавать сигнал лучше на вход LINE IN, так как он имеет наименьший уровень шумов. Минимальный уровень сигнала, который можно измерить — около 1мВ.

Использование таких осциллоскопов ограничено по частоте. Ими можно снимать показания с усилителей, магнитофонов, различных звуковых девайсов, а также микросхем, работающих на частотах до 20 кГц.

На высоких частотах применяется USB-осциллографы, имеющие больше возможностей. Минусом таких устройств является высокая цена.

На 3 месте — мультиметр-осциллограф Jinhan JDS2022A

— это весьма достойный представитель гибридов мультиметра и портативного осциллографа. Он поставляется с двумя каналами без мультиметра и с 1 каналом и встроенным мультиметром. Максимальная рабочая частота составляет 20 МГц и максимальное напряжение канала осциллографа 50 В.

Как обращаться с таким гибридным осциллографом можно посмотреть в следующем видео.

Стоимость:

Количество каналов: 1 — 2

Аналоги:

•  (140 $, 20 МГц + генератор 5 МГц, 2 канала: аналог. + цифр.)
• (70 $, 200 кГц, 1 канал)
•  (180 $, 5 МГц, 1 канал)
• (220 $, 16 МГц, 1 канал)
• (500$, 100 МГц, 4 канала, планшетный осциллограф, выглядит круто),
• (120 $, 10 МГц, 2 канала)
• (110 $, 25 МГц, 1 канал)
• (170 $, 70 МГц, 2 канала + генератор сигналов + мультиметр)

Недостатки:

• маленький дисплей
• инерционность отображения показаний
• много не очевидных кнопок

Достоинства:

• малые габариты
• низкая цена осциллографа
• распространенный разъем BNC

Сфера применения: измерение цифровых сигналов, кварцевых генераторов, сигналов блоков питания с ШИМ, аудио и видеосигналов до 20 МГц. Подойдет для мастер на выезде по ремонту аудио, видеотехники и блоков питания.

Электрическая схема

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

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

Как выбрать резисторы делителя напряжения

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

Подстроечные резисторы делителя напряжения

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

Как выбрать обычные резисторы

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

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

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

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

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

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

Что нужно учесть

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

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

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

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

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

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

Принципиальные схемы щупов

Собственно схема щупа, которую я применил, предельно проста:

Это делитель на 10 для осциллографа с входным сопротивлением 1 мегом. Сопротивление лучше составить из нескольких, соединенных последовательно. Переключатель просто замыкает напрямую добавочное сопротивление. А подстроечный конденсатор позволяет согласовать щуп с конкретным прибором.

Пожалуй вот более правильная схема, которую стоило бы рекомендовать:

Она явно лучше по допустимому напряжению, так как пробивное напряжение резисторов и конденсаторов СМД обычно принимают за 100 вольт. Встречал утверждения, что они выдерживают и 200-250 вольт. Не проверял. Но если вы исследуете достаточно высоковольтные цепи, стоит применить именно такую схему.

Я ее никогда не делал, рекомендаций по настройке (подбору конденсаторов С2, С3, С4) дать не могу.

Конструкция и применение

Осциллограф — сложный электрический прибор. Понять принцип его работы поможет блок-схема.

Имеются два луча развертки: по вертикали — Y и по горизонтали — X. По оси X откладывается значения времени, по Y отображается амплитуда сигнала.

На Y подается сигнал с устройства. Далее он проходит через аттенюатор, который изменяет чувствительность контура. Потом, пройдя предварительный усилитель, попадает в линию задержки, которая «придерживает» сигнал пока не сработает генератор развертки. Оконечный усилитель выводит сигнал на экран осциллоскопа. Чем больше входное напряжение, тем больше амплитуда сигнала.

На X подается пилообразное напряжение с генератора развертки, благодаря чему сигнал на осциллографе получается «растянутым» по времени. Меняя размерность генератора, можно получить изображение с разверткой до тысячных долей секунды.

Чтобы развертка запустилась одновременно с поступлением сигнала, в устройстве предусмотрена система синхронизации. Есть 3 возможных источника синхроимпульсов:

1. Измеряемый сигнал. Наиболее часто используемый вариант, особенно при постоянной частоте входящего источника.
2. Электрическая сеть. Частота сети поддерживается с высокой точностью, поэтому через нее возможна синхронизация.
3. Внешний источник. Используется, как лабораторный генератор сигналов, так и смартфон с приложением, генерирующим синхроимпульсы определенной частоты.

Осциллограф визуализирует форму сигнала, что помогает понять причину неисправности. С помощью устройства снимается АЧХ прибора, есть возможность узнать скорость нарастания импульса в цифровых устройствах.

Используются осциллографы при настройке, ремонте электронных девайсов, будь то бытовая техника, ремонт автотранспорта или орбитальная станция.

Пошаговая инструкция сборки конструктора DSO138

Следует рассмотреть более детально подробные инструкции для изготовления осциллографа данной марки, ведь аналогичным образом осуществляется сборка других моделей.

Стоит отметить, что в данной модели плата поставляется сразу с впаянным 32-битным на M3 ядре микроконтроллере марки Cortex. Работает он два 12-битных входа с характеристикой 1 μs и работает в максимальном частотном диапазоне до 72 МГц. Наличие этого девайса уже вмонтированным несколько облегчает задачу.

• Антенна для 3g модема — простейшие самодельные устройства и советы по их настройке и подключению

• Как заправить картридж: особенности восстановления картриджей для лазерного и струйного принтера в домашних условиях

• USB фонарик: существующие виды и советы как сделать лампу своими руками

Шаг 1. Удобнее всего начинать монтаж с smd компонентов. Нужно учитывать правила при работе с паяльником и платой: не перегревать, держать не дольше 2 с, не смыкать между собой разные детали и дорожки, пользоваться паяльной пастой и припоем.

Шаг 2. Припаять конденсаторы, дросселя и сопротивления: нужно вставлять указанную деталь в отведенное на плате для нее место, отрезаем лишнюю длину ножки и запаиваем на плате. Главное не перепутать полярность конденсаторов и не сомкнуть паяльником или припоем соседние дорожки.

Шаг 3. Монтируем оставшиеся детали: переключатели и разъемы, кнопки, светодиод, кварц

Особенное внимание следует уделить стороне диодов и транзисторов. Кварц имеет металл в своем строении, потому нужно обеспечить отсутствие прямого контакта его поверхности с дорожками платы или позаботиться о диэлектрической подкладке

Шаг 4. 3 разъема припаиваются к плате дисплея. После завершения манипуляций с паяльником нужно плату промыть спиртом без вспомогательных средств – никаких ваток, дисков или салфеток.

Шаг 5. Просушить плату и проверить насколько качественно была проведена пайка. Прежде, чем подсоединить экран, нужно припаять две перемычки к плате. В этом пригодятся имеющиеся откушенные выводы деталей.

• Шум компьютера — способы снижения уровня шума и инструкция по шумоизоляции корпуса

• Проектор своими руками: простые и доступные способы создания проекторов в домашних условиях

• Органайзер своими руками: стильные и практичные модели для рукоделия, письма и работы

Шаг 6. Для проверки работы нужно включить прибор в сеть с током от 200 мА и напряжением 9 В.

Проверка заключается в снятии показателей с:

• Разъема 9 В;
• Контрольной точки 3,3 В.

Если все параметры соответствуют нужным значениям, нужно отключить прибор от питания и установить JP4 перемычку.

Ша г 7. В 3 имеющихся разъему нужно вставить дисплей. К входу нужно подключить щуп для осциллографа, своими руками провести включение питания.

Как подключить импортный осциллограф

Нужно внимательно ознакомиться с руководством пользователя, подготовить рабочее место для прибора, качественно его заземлить.

Важно! Заземление гарантирует, что при работе на корпусе не будет опасного статического заряда, коснувшись которого рукой можно получить удар. Далее нужно определить точки для снятия сигнала, нулевую магистраль, посредством щупа произвести их коммутацию с аттенюатором (при неизвестных уровнях сигнала выставить максимальную амплитуду). Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры

Снять показания, замеры повторить несколько раз

Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры. Снять показания, замеры повторить несколько раз

Далее нужно определить точки для снятия сигнала, нулевую магистраль, посредством щупа произвести их коммутацию с аттенюатором (при неизвестных уровнях сигнала выставить максимальную амплитуду). Включить прибор, дать ему прогреться, выставить необходимые режимы и произвести замеры. Снять показания, замеры повторить несколько раз.

Самый простой вариант создания карманного осциллографа

Если замеряемая частота находится в диапазоне слышимых человеческим ухом частот, а уровень сигнала не превышает стандартный микрофонный, то собрать осциллограф из планшета на «Андроид» своими руками можно без каких бы то ни было дополнительных модулей. Для этого достаточно разобрать любую гарнитуру, на которой должен обязательно присутствовать микрофон. Если подходящей гарнитуры нет, то потребуется купить звуковой штекер 3,5 мм обязательно с четырьмя контактами. Перед припаиванием щупов уточните распиновку разъема вашего гаджета, ведь их бывает два вида. Щупы необходимо подключить к пинам, соответствующим подключению микрофона на вашем устройстве.

Далее следует загрузить из «Маркета» программное обеспечение, способное замерять частоту на микрофонном входе и рисовать график на основе полученного сигнала. Таких вариантов довольно много. Поэтому при желании будет из чего выбрать. Как и говорилось ранее, не потребовалась переделка планшета. Осциллограф будет готов сразу же после калибровки приложения.

Что необходимо для создания осциллографа

Если вам нужен более точный осциллограф из ПК, то придётся сделать специальную USB-приставку. Это чуть более сложная задача – пользователю желательно владеть такими базовыми навыками радиолюбителя как построение схем, спайка, а также знать, где приобретать необходимые материалы.

• MCP1700;
• STM32F042Fx;
• MCP6S21.

В том случае, если целью работы с прибором не является что-то серьёзное, более простым и быстрым вариантом будет простой осциллограф из звуковой карты, не требующий дополнительных манипуляций со схемами.

Программы

Без специального программного обеспечения ничего работать не будет – к счастью, всё необходимое любой желающий может найти в интернете и скачать. Заниматься запуском программ необходимо после настройки оборудования.

Разобраться в работе программ будет несложно – большинство из них адаптированы под русскоязычную аудиторию и русский интерфейс поддерживают.

Лучшие программы осциллографы:

1. Winscope. Одна из самых популярных программ, может быть использована для анализа любого типа сигналов. Также может сохранять данные в удобном для пользователя формате, измерять частоты, строить диаграммы и совершать другие аналитические действия.
2. Visual Analyzer. Программа для Windows 10. Особенностью является подача полученной и обработанной информации на двух экранах. Первый показывает стандартные данные, а второй БПФ сигнала. Также пользователь может настроить фильтры программы для любых своих целей.
3. Soundcard Oscilloscope. Для личного пользования эту программу можно использовать бесплатно. Плюсами софта считается его многофункциональность, возможность направить сигнал на динамики устройства, а также генерация пользовательских каналов сигнала и шумов.
4. Oscilloscope. Программа, предназначенная не для анализа, а для просмотра – с её помощью можно только визуализировать на экране XY-спектры сигнала или аудиофайла. В основном используется, как развлекательный софт.
5. Frequency Analyzer. Может работать через микрофон, показывает анализ сигнала в реальном времени. Широко настраивается – пользователь может выбрать FFT, частоты выборки и точек на преобразовании, а также между 8 и 16 бит.
6. Real-time Spectrum. Считывает спектры сигнала (приём через аудио-разъём в 3.5 мм.) и выводит их на экран. Пользователь может посмотреть сигнал с любого канала (или с обоих), настроить динамический диапазон графического отображения, а также частоту кадров.
7. AUDio MEasurement System. Работает с помощью микрофона. Среди функционала есть генератор сигналов, измерение частотных характеристик и анализ спектра. Простая программа, без особых функций, идеальна для несложного анализа сигналов.

Все эти программы можно найти в свободном доступе – в этом вам поможет поиск или любой компьютерный форум. В зависимости от того, для чего вам нужно настроить осциллограф онлайн, выбирайте простые или сложные программы.

Оборудование

Как говорилось ранее, большинство необходимого оборудования уже находится внутри вашего ПК. Для анализа простых сигналов достаточно использовать микрофон (звук будет поступать через динамик), аудио-разъём или USB-порт. Если цель вашей работы с самодельным осциллографом – простое любопытство, то и сам комп может не понадобится, можно сделать осциллограф из планшета.

Звуковая карта

Звуковая карта обязательно присутствует во всех персональных компьютерах и даже в мобильных устройствах. Выход на неё (порт) – это обычно аудио-разъём на 3.5. мм. Использовать её очень просто, достаточно подключить к ней устройство подачи сигнала или устройство, которое принимает сигнал (например, микрофон).

Монитор

Монитор, как и звуковая карта, есть у любого ПК. У стационарного компьютера это отдельный монитор, у ноутбука – встроенный. Для анализа аудиосигнала достаточно любого монитора, даже несовременного.

Частотомер

Как и предыдущий прибор, легко и дёшево приобретается. Настоящий частотометр нужен пользователю редко, так как давно есть его виртуальные аналоги, которые действуют не хуже, но в то же время не требуют никаких специальных навыков.

Итог

Проект не завершён, есть глюки, допиливать ещё много чего, но каких-то прорывов уже не предвидится. Для более быстрых систем нужно другое железо, например, отдельный АЦП + ПЛИС + память — а это уже будет гораздо дороже и сложнее монтировать. Почитав комментарии к статье «История одного осциллографа на stm32» сразу отвечу на некоторые вопросы:

• Дисплей прикручивать не собираюсь т.к.: Он стоит денег, а комп есть.
• По качеству будет хуже, чем на большом экране ПК.
• Создавать и изменять пользовательский интерфейс на C# проще, чем паять и перепаивать.

Я не планирую его доводить коммерческого продукта и продавать.
Делал для 2-х целей: освоить МК и сделать себе цифровой осциллограф.

Архив с проектом Если у кого появятся вопросы, а тут не зарегистрированы, пишите в почту: adefikux на gmail точка com.

Похожие записи:

Renault sandero Новое купе bmw 8-series 2020-2021 (g15) Жорик ревазов Категории водительских прав Объём бака хендай акцент Замена наконечника рулевой тяги на рено логан