Осциллограф из сотового своими руками. Red Pitaya и SmartScope превратят ваш смартфон или планшет в осциллограф. Основные характеристики USB осциллографа

Любому радиолюбителю сложно представить свою лабораторию без такого важного измерительного прибора, как осциллограф. И, действительно, без специального инструмента, позволяющего анализировать и измерять действующие в цепи сигналы, ремонт большинства современных электронных устройств невозможен.

С другой стороны, стоимость этих приборов нередко превышает бюджетные возможности рядового потребителя, что вынуждает его искать альтернативные варианты или изготавливать осциллограф своими руками.

Варианты решения проблемы

Отказаться от покупки дорогостоящих электронных изделий удаётся в следующих случаях:

Использование для этих целей встроенной в ПК или ноутбук звуковой карты (ЗК);
Изготовление USB-осциллографа своими руками;
Доработка обычного планшета.

Каждый из перечисленных выше вариантов, позволяющих изготавливать осциллограф своими руками, применим не всегда. Для полноценной работы с самостоятельно собранными приставками и модулями необходимо выполнение следующих обязательных условий:

Допустимость определённых ограничений по измеряемым сигналам (по их частоте, например);
Наличие опыта обращения со сложными электронными схемами;
Возможность доработки планшета.

Так, осциллограф из звуковой карты, в частности, не позволяет измерять колебательные процессы с частотами, находящимися за пределами её рабочего диапазона (20 Гц-20 кГц). А для изготовления USB-приставки к ПК потребуется определённый опыт сборки и настройки сложных электронных устройств (как и при подключении к обычному планшету).

Обратите внимание! Вариант, при котором удаётся изготовить осциллограф из ноутбука или планшета при простейшем подходе, сводится к первому случаю, предполагающему использование встроенной ЗК.

Рассмотрим, как реализуется на практике каждый из указанных выше методов.

Использование ЗК

Для реализации этого способа получения изображения потребуется изготовить небольшую по габаритам приставку, состоящую всего из нескольких доступных для каждого электронных компонентов. С её схемой можно ознакомиться на приведённой ниже картинке.

Основное назначение такой электронной цепочки – обеспечить безопасное поступление внешнего исследуемого сигнала на вход встроенной звуковой карты, имеющей «собственный» аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Используемые в ней полупроводниковые диоды гарантируют ограничение амплитуды сигнала на уровне не более 2-х Вольт, а делитель из соединенных последовательно резисторов позволяет подавать на вход напряжения с большими амплитудными значениями.

К плате с резисторами и диодами со стороны выхода подпаивается провод с имеющимся на ответном конце штекером на 3,5 мм, который вставляется в гнездо ЗК под наименованием «Линейный вход». Исследуемый сигнал подаётся на входные клеммы.

Важно! Длина соединительного шнура должна быть по возможности короче, что обеспечивает минимальные искажения сигнала при очень низких измеряемых уровнях. В качестве такого соединителя рекомендуется использовать двухжильный провод в медной оплётке (экране).

Хотя пропускаемые таким ограничителем частоты относятся к НЧ диапазону, указанная предосторожность способствует повышению качества передачи.

Программа для получения осциллограмм

Помимо технического оснащения, перед началом измерений следует подготовить соответствующее программное обеспечение (софт). Это значит, что на ПК нужно установить одну из утилит, разработанных специально для получения изображения осциллограммы.

Таким образом, всего за час или чуть больше удаётся создать условия для исследования и анализа электрических сигналов посредством стационарного ПК (ноутбука).

Доработка планшета

Использование встроенной карты

Для того чтобы приспособить обычный планшет под снятие осциллограмм можно воспользоваться уже описанным ранее способом подключения к звуковому интерфейсу. В этом случае возможны определённые затруднения, так как дискретного линейного входа для микрофона у планшета нет.

Решить эту проблему удаётся следующим образом:

Нужно взять гарнитуру от телефона, в составе которой должен иметься встроенный микрофон;
Затем следует уточнить разводку (распиновку) входных клемм на используемом для подключения планшете и сравнить её с соответствующими контактами на штекере гарнитуры;
При их совпадении можно смело подключать источник сигнала вместо микрофона, используя уже рассмотренную ранее приставку на диодах и резисторах;
В завершении останется установить на планшете специальную программу, способную анализировать сигнал на микрофонном входе и выводить на экран его график.

Преимущества данного способа подключения к компьютеру – это простота реализации и дешевизна. К его минусам следует отнести малый диапазон измеряемых частот, а также отсутствие стопроцентной гарантии безопасности для планшета.

Преодолеть эти недостатки удаётся за счёт применения специальных электронных приставок, подключаемых через Bluetooth-модуль или посредством Wi-Fi-канала.

Самодельная приставка к Bluetooth-модулю

Подключение по «Bluetooth» осуществляется с помощью отдельного гаждета, представляющего собой приставку со встроенным в неё микроконтроллером АЦП. За счёт использования самостоятельного канала обработки информации удаётся расширить полосу пропускаемых частот до 1 МГц; при этом величина входного сигнала может достигать 10 Вольт.

Дополнительная информация. Радиус действия такой самостоятельно изготовленной приставки может достигать 10-ти метров.

Однако собрать такое преобразовательное устройство в домашних условиях способен не каждый, что существенно ограничивает круг пользователей. Для всех не готовых к самостоятельному изготовлению приставки возможен вариант приобретения готового изделия, с 2010 года поступающего в свободную продажу.

Приведённые выше характеристики могут устроить домашнего мастера, занимающегося ремонтом не очень сложной низкочастотной аппаратуры. Для более трудоёмких ремонтных операций могут потребоваться профессиональные преобразовательные устройства с полосой пропускания до 100 МГц. Эти возможности может обеспечить Wi-Fi-канал, поскольку скорости протокола обмена данными в этом случае несравнимо выше, чем в «Bluetooth».

Осциллографы-приставки с передачей данных по Wi-Fi

Вариант передачи цифровых данных по этому протоколу заметно расширяет пропускные способности измерительного устройства. Работающие по данному принципу и свободно продающиеся приставки не уступают по своим характеристикам некоторым образцам классических осциллографов. Однако стоимость их также далека от того, чтобы считаться приемлемой для пользователей со средними доходами.

В заключение отметим, что с учётом приведённых выше ограничений вариант подключения по Wi-Fi также подходит лишь для ограниченного круга пользователей. Тем же, кто решил отказаться от этого способа, советуем попытаться собрать цифровой осциллограф , обеспечивающий те же характеристики, но за счёт подключения к USB-входу.

Данный вариант также очень сложен в реализации, так что тем, кто не до конца уверен в своих силах, разумнее будет приобрести имеющуюся в свободной продаже готовую USB-приставку.

Видео

Длииинное вступление.

Никогда не был страстным почитателем смартфонов. Наверное, главной причиной безразличия к этим устройствам является их размер и отсутствие возможности работать в 3G сети (мое предприятие имеет свою корпоративную связь с очень выгодными тарифами на разговоры, но не на интернет). Кроме того, по характеру моей работы, мне нужно иметь телефон постоянно при себе и в условиях довольно грязных, с большой вероятностью его где-то выронить или коцнуть. Совать телефон в разные целофанки, силиконы, чехлы мне неудобно, так как привык таскать телефон по карманам. По этой причине мой старенький Sony Ericsson K750 уже несколько лет со мной и заменять его не было никаких причин.

Но вот направляют меня в командировку, а после нее, сразу еду отдыхать в санаторий. И там и там наблюдались довольно сомнительные варианты доступа к компьютеру, а вот свободный WiFi обещали в обеих гостиницах. Так как свои интернет ресурсы я не могу бросить на такое длительное время, а таскать ноутбук за собой не хотелось совсем, решил взять с собой гуглофон. И поэтому, у жены, под недовольные возгласы:), был отобран Galaxy Gio, а взамен вручен мой старый Sony Ericsson.

Честно говоря, Galaxy Gio мне приглянулся еще раньше по причине адекватных габаритов и небольшой цене. И инициатором замены старой погибшей раскладушки жены на Galaxy Gio был именно я.

До командировки знакомство с Galaxy Gio было довольно поверхностное – настроить WiFi, учетную запись, еще что-то по мелочи… после санатория, по некоторому опыту работы с телефоном для себя сделал такие выводы:
— по габаритам телефон удобен (за счет того что он тоньше моего сониериксона) и даже меньше мешает в кармане;
— хорошая штука синхронизация контактов с аккаунтом гугла (со старого телефона в новый я замучался передавать по блютузу контакты), потеря телефона уже не будет такой катастрофической, так как контакты (самое ценное в телефоне) хранятся в аккаунте гугла;
— работа в сети (в Опере), в принципе, терпима, но довольно урезан функционал, что создает проблемы, например, если нужно сделать что-то больше, чем ответить на письмо или запостить в форуме;
— ввод текста на сенсорной панели неоспоримо удобней, чем на обычном телефоне, но ничто не заменит обычную клаву с мышкой;
— очень напрягает прожорливость телефона! Ежедневная зарядка обязательная. А так как мне приходилось таскаться по поездам и совершать длительные переезды, вырабатывается устойчивый инстинкт экономии батарейки (хорошо, что плеер есть отдельно, а то ни поиграть в игры, ни музыку послушать в дороге, потому что под конец пути можешь запросто остаться без связи). Еще постоянно таскаешь с собой зарядку и ищешь на каждом вокзале розетку, куда бы воткнутся (до смартфона я воспринимал макдональдсы только как место где можно перекусить в незнакомом городе – теперь у них появилась еще одна функция:)).

В общем, по итогу, не смотря на определенные недостатки, решил все-таки оставить себе Galaxy Gio в постоянное пользование (жена купила себе такой же, только беленький:))

Ближе к сути.

К чему такое длинное вступление? А ни к чему! Это я, наконец, дорвался до своего компьютера и меня понесло строчить текст:). А рассказать в статье я хотел о приложениях под Андроид, которые могли бы быть полезны при разработке электронных устройств.

Сразу нужно сказать, что, в силу специфики гуглофона (это все-таки телефон), рассчитывать на что то серьезное не приходится, но что есть, тому и рады.

Поскитавшись по по гугловскому Play Маркету я сделал небольшую подборку, которая, по моему мнению, может пригодится и Вам. Подборка не претендует на полноту и если Вы знаете какие либо интересные приложения — пишите, я добавлю.

1 НАЧНЕМ ИЗ MUST-HAVE-ПРИЛОЖЕНИЯ.

Описание в Маркете гласит: «ElectroDroid — это мощный набор инструментов и справочник для разработчика электроники». Насчет «мощного набора инструментов» можно поспорить, но то, что приложение лучшее в своей области – это точно. ElectroDroidом удобно пользоваться, он переведен на русский (большая часть), в нем много справочной информации в разных областях, есть расчеты для базовых схемок (LM317, NE555, ОУ…), удобные калькуляторы цветовой маркировки резисторов, конденсаторов, дросселей, распиновки большого числа разъемов и еще много чего интересного. Справочной информацией удобно пользоваться, так как картинки и текст при поворотах и масштабировании автоматически переформатируются для более удобного чтения.

Чтобы дать Вам некоторое представление о форме подачи справочного материала, привожу информационную полосу по USB разъему:

В Маркете есть как платная, так и бесплатная версии приложения. Большое уважение автору за то, что бесплатная версия почти полностью функциональна (за исключением отсутствия единичных разделов и наличия рекламы).

2 ГРУППА СИМУЛЯТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.

Симулятор электрических цепей Droid Tesla, по описанию в Маркете, основанный на движке SPICE (что это должно значить?). Еще, описание хвастается тем, что симулятор использует законы Кирхгофа (KCL) для резистивных цепей (хотел бы я посмотреть на симулятор который эти законы не использует! они бы еще в достоинства записали использование закона Ома:)). Для нелинейных цепей используется алгоритм Ньютона-Рафсона… и т.д. и т.п. Вообще, описание щедро усыпано математическими терминами – короче должно работать просто замечательно (по описанию в Маркете). Насколько правдоподобно просчитываются цепи не могу сказать, но по примерам видно, что цепи довольно сложные. Приложение имеет много настроек, возможность создавать онлайн проекты, менять цветовые схемы. Главный недостаток – бесплатная версия абсолютно непригодна к использованию, так как нет большинства компонентов (даже примеры толком не посмотришь).

Еще один симулятор – EveryCircuit. Как и предыдущий — хвастается различными методами расчета различных цепей, но главным отличием и достоинством этого симулятора есть визуализация. В буквальном смысле слова видно как течет ток по проводам, загораются светодиодики с разной яркостью (даже, в случае превышения допустимого для них тока отрисовывается эффект их перегорания), прорисовываются графики и т.д. По ходу работы можно менять параметры элементов при помощи интерактивного регулятора.

Приложение просто просится в планшет к преподавателю! С таким приложением можно легко и наглядно показать лоботрясам-ученикам/студентам как работают различные компоненты в электрической цепи. Еще одним плюсом есть то, что авторы в бесплатной версии пошли по пути ограничения поля для схемы, а не количества компонентов.

3 ГРУППА ОСЦИЛЛОГРАФОВ И АНАЛИЗАТОРОВ СПЕКТРА.

В силу того, что без применения каких либо аппаратных средств, андроид-устройство может принимать сигнал только через микрофон (или гарнитуру), то и частотный диапазон лежит в области 20 – 22 000 Гц (и это в лучшем случае). Это здорово ограничивает сферу использования таких осциллографов-анализаторов, превращая их в игрушки, но, мало-ли – вдруг пригодится…

Приятный осциллограф. Есть курсоры, триггер, смещение. Вход с микрофона. Проект открытый, и если Вы сумеете чего-то добавить нужное — исходник можно взять на android.serverbox.ch

Аскетичный, без каких либо настроек, и по заявлениям создателей быстрый (High performance native code using OpenGL ES 2.0) анализатор спектра. Заявлен диапазон 20 – 22 000 Гц, но мы понимаем что он будет значительно уже. Шкала логарифмическая. По моим проверкам довольно точен.

Еще один спектроанализатор, но по сравнению с предыдущим, не просто отображает спектр, а прорисовывает его во времени. Довольно наглядно получается. В бесплатной версии частотный диапазон ограничен 8 кГц и шкала линейна. Платная версия снимает ограничения на частоту, добавляет цветовые схемы, и дает возможность выбора типа шкалы

4 ГРУППА ГЕНЕРАТОРОВ.
Близкая по смыслу, к предыдущей группе, но, мне кажется, более востребована. Снова мы можем рассчитывать только на диапазон выходного сигнала 20 – 22 000 Гц. Сигнал можно запустить на динамик или через аудио разъем (и усилитель, если нужно). В этой группе пока только одно приложение, но очень функциональное.

Довольно функциональный бесплатный генератор. Может выдавать синусоиду, меандр, пилу, «белый» и «розовый» шум. Для меандра и пилы может менять скважность. Кроме того, может создавать сигнал с амплитудной, частотной и фазовой модуляцией (причем модулирующий сигнал также может быть синусоидой, меандром или пилой). Еще программа умеет автоматически увеличивать / уменьшать частоту во времени линейно или логарифмически. Все удобно, просто и главное не всунута понтовая ручка-аттенюатор, которую так любят сувать разработчики в подобные программы.

5 ГРУППА ДЛЯ РАЗРАБОТЧИКА AVR.

Справочник по командам ассемблера для AVR. Пользоваться не очень удобно – нет поиска и разбивки по группам – все одним списком. Кроме того, на моем Gio, текст отображается очень бледненько. Но не будем суровы к разработчику — он бесплатно старался для нас.

Одна из редких полезных вещей в Маркете! Полноценный фьюзкалькулятор для AVR. Аналогичен http://www.engbedded.com/fusecalc . Ставишь галочки – получаешь фьюзбайты. Поддерживает 144 кристалла. Формирует командную строку для AVRDUDE. Часто используемые контроллеры можно пометить как избранные – проще находить. Бесплатно. Обязательно к установке.

Очень интересное приложение. Умеет выдавать через аудио выход сигнал UART. (еще-бы принимал – вообще было-бы здорово). Можно установить Baudrate и задержку между символами – больше настроек нет. Так как я стараюсь всегда приделать к своим устройствам управление по UART, то это приложение может превратить телефон в своеобразный пульт управления. Для формирования нужного уровня сигнала нужен кабель преобразователь. Разработчик предлагает такую схему:

6 ГРУППА ДАТАЛОГЕРОВ.
Нередко есть необходимость записи каких либо параметров длительно растянутых во времени, для этого могут пригодится Андроид-устройства, так как они довольно компактны и имеют на своем борту целый арсенал датчиков. Например, можно закрепить телефон на объекте и, записывая показания с датчиков положения, получить траекторию движения объекта. Еще можно превратить телефон в видеорегистратор или аудиорегистратор. Сфера применения широка и такое количество разнообразных датчиков трудно где-то еще найти в одном месте.

Простенькая бесплатная программка умеет записывать видео (если нужно разбивает его на части) или делать снимки с заданным периодом. Во время записи можно посмотреть показания датчиков. Файлы сохраняются на SD карте в директории SmartphoneLoggerData

Еще одно бесплатное приложение. Работает с кучей датчиков: звука (микрофон), ускорения, ориентации, магнитного поля, освещенности и т.д. Кроме того, и с экзотическими: заряд батарейки, WIFI, Bluetooth, GPS, уровень сигнала, ячейка вещания … Программа сохраняет данные в формате CSV, что позволяет впоследствии их «скормить» любой программе, проанализировать, вычертить график или сделать расчеты. Файлы сохраняются на SD карте в директории sensortrack с разбивкой по папкам с названиями сенсоров.

Пока это весь список. Жду от Вас интересных дополнений.

(Visited 26 844 times, 1 visits today)

Разработала свой первый виртуальные прибор, она создала новый рынок и помогла многим разработчикам оценить возможности использования персонального компьютера в качестве платформы для испытаний и измерений. Доступность ПК для каждого разработчика стала в то время движущей силой рынка, позволившей превращать ПК или ноутбук в основу контрольно-измерительной платформы с недорогими аппаратными и программными средствами сбора данных. Теперь, помимо преуспевшей в этой области National Instruments, на рынке появилось множество других мелких компаний, предлагающих USB устройства сбора данных, которые называются USB/ПК осциллографы.

Но сегодня у большинства разработчиков электроники есть смартфоны, и для них было бы в порядке вещей использовать свой смартфон если не в качестве контрольно-измерительной платформы, то хотя бы для отображения полученных данных. Это открывает новое направление в развитии виртуальных приборов.

Аппаратура для сбора данных в сочетании с вычислительной платформой может быть сделана очень компактной, с размерами меньше кредитной карты.

Эта концепция породила два интересных виртуальных прибора, доступных сегодня на рынке. Речь идет о SmartScope компании LabNation и Red Pitaya. Оба проекта являются открытыми (open source), и разработаны на основе ПЛИС компании Xilinx. Отображаемую на мобильном телефоне частоту сигнала и амплитуду можно изменять с помощью обычного сенсорного интерфейса, благодаря чему отпадает необходимость во вращающихся ручках.

SmartScope компании LabNation

SmartScope стоит около 200 долларов США. В зависимости от имеющейся в комплекте дополнительной внешней периферии, цена может незначительно варьироваться как в меньшую, так и в большую сторону.

SmartScope может получать питание через подключенный к смартфону кабель USB или через внешний источник питания USB. SmartScope может выполнять функции не только осциллографа, но также логического анализатора и генератора сигналов.

SmartScope поддерживает различные операционные системы, включая Linux, iOS, Android и Windows. Однако при подключении к любой из них могут возникнуть затруднения. SmartScope может быть распознан в случае, если вы установите джейлбрейк-патч на свое устройство iOS (iPhone и iPad). А в случае с Android вы должны проверить, поддерживает ли ваш телефон USB OTG. Но с большинством последних телефонов на базе Android таких проблем быть не должно. И все же, мы настоятельно рекомендуем вам уточнить детали на веб-сайте .

Red Pitaya

Red Pitaya стоит дороже, но зато не заставит вас испытывать неудобства, с которыми можно столкнуться, начиная работу с SmartScope. Хотя по большинству параметров прибор Red Pitaya схож со SmartScope, к нему предлагаются приложения для смартфонов, которые могут быть скачаны из облака для конкретного применения. Вы также можете разрабатывать и свои собственные приложения. Red Pitaya основана на ПЛИС Xilinx Zynq, а в SmartScope используется Spartan компании Xilinx. Использование современных ПЛИС делает реконфигурацию обоих устройств максимально простой. Программисты ПЛИС могут применить свои навыки для улучшения характеристик этих приборов.

Red Pitaya работает как веб-сервер, доступ к которому можно получить с любого подключенного к Интернету компьютера или смартфона, введя IP-адрес в веб-браузере. Red Pitaya можно подключить к сети либо с помощью сетевого кабеля, либо через Wi-Fi. Для питания устройства, а также для соединения его с другой консолью, предусмотрен порт microUSB. Система поставляется с предустановленной ОС Linux, блоком питания, разъемами BNC и щупами. Благодаря наличию собственной конфигурации DHCP, настройка Red Pitaya не составляет труда. Имеется также возможность ручной настройки. На поставляемой с прибором карте SD имеется все необходимое программное обеспечение, однако не вызовет никаких затруднений и загрузка с собственной карты.

Список доступных в настоящее время приложений включает в себя осциллограф, генератор сигналов, анализатор спектра, LCR-метр и многое другое. Загружать их также просто, как и любые приложения для смартфонов; для этого нужно посетить сайт .

Также имеется возможность импортировать данные из MATLAB, или, наоборот, экспортировать их в MATLAB.

Радиолюбителям или студентам, которые хотят создать лабораторию на собственном столе и не нуждаются в полосе пропускания выше 50 МГц, дорогостоящие осциллографы лучше не приобретать.

Red Pitaya на $200 дороже, чем Smartscope, что составляет примерно 370-470 долларов США.

В статье описана приставка к сотовому телефону фирмы Siemens, позволяющая увидеть на его экране осциллограмму поданного на вход приставки сигнала с соблюдением масштаба по осям времени и напряжения. Подобным образом можно использовать и другие сотовые телефоны, имеющие последовательный порт и поддержку Java версии MIDP 2.0.

Сотовый телефон стал привычным предметом повседневной жизни, и многие не подозревают, что это - довольно мощный компьютер (тактовая частота процессоров некоторых телефонов превышает 100 МГц) с цветным экраном, клавиатурой и неплохими звуковыми возможностями. Многие телефоны снабжены последовательным портом, к которому имеется программный доступ от Java-приложений (мидлетов) при наличии поддержки Java (платформа J2ME) и MIDP 2.O. Через этот порт можно взаимодействовать с различными внешними устройствами, значительно расширяя стандартный набор функций сотового телефона. Среди изделий фирмы Siemens спецификацию MIDP 2.0 поддерживают сотовые телефоны серий 65, 75 (например, М65, S75).

Предлагаемая приставка превращает сотовый телефон в своеобразный осциллограф с входным сопротивлением 1 МОм, скоростью развертки 0,001... 1 с/дел и чувствительностью 0,5...50 В/дел. Среднее значение входного сигнала (его постоянная составляющая) выводится на экран в цифровой форме

Приставкой, схема которой изображена на рисунке, управляет МК PIC16F688 (DD2), имеющий в своем составе блоки АЦП и контроллера последовательного порта. К сожалению, встроенный АЦП работает довольно медленно, но для низкочастотного осциллографа его скорость (максимальная частота дискретизации - десятки килогерц) вполне достаточна.

В отличие от уровней сигналов, принятых в стандарте RS232, для последовательного порта сотового телефона характерны обычные для логических микросхем уровни: лог. 0 - около 0 В, лог. 1 - не менее 3,6 В. Это упрощает сопряжение телефона с МК, позволяя соединять их непосредственно. Скорость обмена информацией выбрана равной 9600 Бод. При большем ее значении некоторые модели и экземпляры телефонов работают неустойчиво. Светодиод HL1 светится в момент передачи пакета от микроконтроллера в телефон.

Приставка получает питание от телефона. Поскольку выводы 5-7 разъема XS1, соединяемого с системным разъемом телефона, соединены с общим проводом, контроллер телефона считает, что к нему подключен дата-кабель DCA-500 и подает на вывод 1 этого разъема напряжение 3,6 В от своей аккумуляторной батареи. Отрицательное напряжение для питания ОУ приставки получено с помощью преобразователя полярности DA3. На параллельном стабилизаторе напряжения DA1 и ОУ DA2.2, включенном по схеме повторителя, выполнен источник образцового напряжения 2,5 В.

На мультиплексоре DD1 и ОУ DA2.1 собран электронный аттенюатор, позволяющий изменять чувствительность прибора в зависимости от кода, который МК устанавливает на адресных входах мультиплексора (выводы 9 и 10 DD1). Мультиплексор переключает резисторы R1- R3 в цепи обратной связи ОУ, сопротивление которых должно с высокой точностью соответствовать указанному на схеме. При коде 00 на адресных входах мультиплексора сигнал, поданный на разъем XW1, передается на выход ОУ DA2.1 без изменения. При других значениях кода входной сигнал ослабляется в 10, 100 или 1000 раз. Последнее значение не используется из-за недостаточной электрической прочности резистора R4 и конденсатора С1. Диоды VD1-VD4 ограничивают напряжение на выводе 13 мультиплексора на уровне 1,2 В (по абсолютному значению). Каскад на ОУ DA2.3 смещает уровень поступающих на вход AN1 МК сигналов так, чтобы нулевому напряжению на разъеме XW1 соответствовала середина шкалы АЦП.

Схема исправлена:

Работой осциллографа управляет мидлет (программа на языке Java), загружаемая в сотовый телефон в виде jar-файла. Этот мидлет отвечает за управление режимом работы, изменение масштаба по осям времени и напряжения и отображение информации, поступающей от приставки. Управление приставкой производится путем передачи ей управляющих байтов. Три младших разряда байта содержат код, задающий частоту запуска АЦП, а два старших - положение электронного аттенюатора. Остальные разряды не используются. В случае приема управляющего байта, равного нулю, приставка работает в режиме "холостого хода", не передавая информацию в телефон.

Работа с последовательным портом в J2ME организована через интерфейс CommConnection, а сам порт имеет имя СОМ0. Прежде чем передавать и принимать информацию, необходимо с помощью метода Connection.open установить соединение. Во избежание блокировки приложения во время обмена информацией все операции чтения из порта и записи в него вынесены в отдельный поток Подробнее о работе с после довательным портом сотового телефона можно прочитать в интернет-публикации "Using Serial on Motorola J2ME handsets" - .

МК приставки, получив управляющий байт, устанавливает заданный режим работы электронного аттенюатора, а затем с заданной частотой запускает АЦП и записывает результаты его работы во внутренний буфер По заполнении буфера МК останавливает АЦП и передает в сотовый телефон байт синхронизации, а за ним - содержимое буфера. Получив эту информацию, телефон отображает ее в виде кривой на экране, подсчитывает и выводит на экран среднее значение напряжения.

Если осциллограф работает в режиме автоматического выбора масштаба по напряжению (на экран выведена буква А), то при среднем значении напряжения, близким к нулевому или к максимально допустимому, телефон сформирует управляющий байт с измененным в соответствующую сторону кодом положения аттенюатора. Но повлияет это уже на следующий цикл измерения.

Осциллографом управляют с помощью джойстика сотового телефона: его перемещение по вертикали и горизонтали изменяет масштаб осциллограммы по соответствующей оси. Включение автоматического выбора масштаба и выход из приложения - через меню.

Программу для сотового телефона устанавливают в него как обычное Java-приложение. Достаточно скопировать файлы osc.jar (скомпилированная программа) и osc.jad (ее описание) в созданный в памяти телефона каталог java/osc. Это делают с помощью прилагаемого к телефону специального программного обеспечения. После запуска приложения телефон задаст вопросы о разрешении доступа к порту сотО и к аксессуару. Необходимо утвердительно ответить на оба.

Приставка собрана навесным монтажом на макетной плате, печатная не разрабатывалась. РазъемXS1 -специальный для подключения к сотовому телефону. Такими разъемами снабжены гарнитуры и зарядные устройства. Входной разъем XW1 - СР-50-73Ф или импортный серии BNC.

Вместо микросхемы TL431 можно использовать КР142ЕН19, а вместо К561КП2 - CD4052. ОУ AD8054 заменит любой другой счетверенный с малым потребляемым током, например МС3403.

Перед началом работы с осциллографом необходимо при закороченном входе приставки подстроечным резистором R11 добиться нулевого среднего значения напряжения, выведенного на экран телефона.

Прошивку к МК и приложение к телефону - скачать

Фото от пользователя andrej_m :

По поводу печатки: делал быстро и под те детали,которые были у меня. диоды 1N4148; R1,R2,R3-по два в параллель; DA2- LM324.

ПЕЧАТКА БЕЗ ИСПРАВЛЕНИЙ (на схеме выше красным выделены исправления, необходимо в печатке сделать)

Осциллограф - инструмент, который имеется почти у каждого радиолюбителя. Но для начинающих он стоит слишком дорого.

Проблема высокой стоимости решается просто: есть много вариантов изготовления осциллографа.

Компьютер отлично подойдёт для такой переделки, причём его функциональность и внешний вид никак не пострадают.

Устройство и назначение

Принципиальная схема осциллографа сложна для понимания начинающего радиолюбителя, поэтому рассматривать её нужно не целиком, а предварительно разбив на отдельные блоки:

Каждый блок представляет собой отдельную микросхему, или плату .

Сигнал с исследуемого устройства поступает через вход Y на входной делитель, задающий чувствительность измерительного контура. После прохождения предварительного усилителя и линии задержки он попадает на конечный усилитель, который управляет вертикальным отклонением индикаторного луча. Чем выше уровень сигнала - тем больше отклоняется луч. Так устроен канал вертикального отклонения.

Второй канал - горизонтального отклонения, нужен для синхронизации луча с сигналом. Он позволяет удерживать луч в заданном настройками месте.

Без синхронизации луч уплывет за границы экрана.

Синхронизация бывает трёх видов: от внешнего источника, от сети и от исследуемого сигнала. Если сигнал имеет постоянную частоту, то синхронизацию лучше использовать от него. В качестве внешнего источника обычно выступает лабораторный генератор сигналов. Вместо него для этих целей подойдёт смартфон с установленным на него специальным приложением, которое модулирует импульсный сигнал и выводит его в гнездо для наушников.

Осциллографы применяются при ремонте, проектировании и настройке различных электронных устройств. Сюда входят диагностика систем автомобиля, устранение неисправностей в бытовой технике и многое другое.

Осциллограф измеряет:

Уровень сигнала.
Его форму.
Скорость нарастания импульса.
Амплитуду.

Также он позволяет развёртывать сигнал до тысячных долей секунды и просматривать его в мельчайших подробностях.

Большинство осциллографов имеют встроенный частотомер.

Осциллограф, подключаемый через USB

Есть множество вариантов изготовления самодельных USB осциллографов, но не все из них доступны новичкам. Самым простым вариантом будет его сборка из уже готовых комплектующих. Они продаются в радиомагазинах. Более дешёвым вариантом будет купить эти радиодетали в китайских интернет-магазинах, но нужно помнить о том, что купленные в Китае комплектующие могут прийти в неисправном состоянии, а деньги за них возвращают далеко не всегда. После сборки должна получиться небольшая приставка, подключаемая к ПК.

Этот вариант осциллографа имеет самую высокую точность. Если встает проблема, какой осциллограф выбрать для ремонта ноутбуков и другой сложной техники, лучше остановить свой выбор на нём.

Для изготовления понадобятся:

Плата с разведёнными дорожками.
Процессор CY7C68013A.
Микросхема аналого-цифрового преобразователя AD9288−40BRSZ.
Конденсаторы, резисторы, дроссели и транзисторы. Номиналы этих элементов указаны на принципиальной схеме.
Паяльный фен для запайки SMD компонентов.
Провод в лаковой изоляции сечением 0,1 мм².
Тороидальный сердечник для намотки трансформатора.
Кусок стеклотекстолита.
Паяльник с заземлённым жалом.
Припой.
Флюс.
Паяльная паста.
Микросхема памяти EEPROM flash 24LC64.
Корпус.
USB разъём.
Гнездо для подключения щупов.
Реле ТХ-4,5 или другое, с управляющим напряжением не более 3,3 В.
2 операционных усилителя AD8065.
DC-DC преобразователь.

Собирать нужно по этой схеме:

Обычно для изготовления печатных плат радиолюбители пользуются методом травления. Но сделать таким образом двухстороннюю печатную плату со сложной разводкой самостоятельно не получится, поэтому её нужно заранее заказать на заводе, выпускающем подобные платы.

Для этого нужно отослать на завод чертёж платы, по которому её изготовят. На одном и том же заводе делают разные по качеству платы. Оно зависит от выбранных при оформлении заказа опций.

Для того чтобы получить в итоге хорошую плату, нужно указать в заказе следующие условия:

Толщина стеклотекстолита - не менее 1,5 мм.
Толщина медной фольги - не менее 1 OZ.
Сквозная металлизация отверстий.
Лужение контактных площадок свинецсодержащим припоем.

После получения готовой платы и покупки всех радиодеталей можно приступать к сборке осциллографа.

Первым собирается DC-DC преобразователь, выдающий напряжения +5 и -5 вольт.

Его нужно собрать на отдельной плате и подключить к основной с помощью экранированного кабеля .

Припаивать микросхемы к основной плате нужно аккуратно, не перегревая их. Температура паяльника не должна быть выше трехсот градусов, иначе паяемые детали выйдут из строя.

После установки всех компонентов собирают устройство в подходящий по размеру корпус и подключают к компьютеру USB кабелем. Замыкают перемычку JP1.

Нужно установить и запустить на ПК программу Cypress Suite, перейти во вкладку EZ Console и кликните по LG EEPROM. В появившемся окне выбрать файл прошивки и нажать Enter. Дождаться появления надписи Done, говорящей об успешном завершении процесса. Если вместо неё появилась надпись Error, значит, на каком-то этапе произошла ошибка. Нужно перезапустить прошивальщик и попробовать снова.

После прошивки изготовленный своими руками цифровой осциллограф будет полностью готов к работе.

Вариант с автономным питанием

В домашних условиях радиолюбители обычно пользуются стационарными устройствами. Но иногда возникает ситуация, когда нужно отремонтировать что-то находящееся вдали от дома. В таком случае понадобится портативный осциллограф с автономным питанием.

Перед началом сборки приготовьте следующие комплектующие:

Ненужные Bluetooth наушники или аудиомодуль.
Планшет или смартфон на Android.
Литий-ионный аккумулятор типоразмера 18650.
Холдер для него.
Контроллер заряда.
Гнездо Jack 2,1 Х 5,5 мм.
Разъем для подключения измерительных щупов.
Сами щупы.
Выключатель.
Пластиковая коробочка из-под губки для обуви.
Экранированный провод сечением 0,1 мм².
Тактовая кнопка.
Термоклей.

Нужно разобрать беспроводную гарнитуру и достать из неё плату управления. Отпаять от неё микрофон, кнопку включения и аккумулятор. Отложить плату в сторонку.

Вместо блютус-наушников можно использовать Bluetooth аудиомодуль.

Ножом соскрести с коробочки остатки губки и хорошо почистить её с использованием моющих средств. Подождать, пока она высохнет, и вырезать отверстия под кнопку, выключатель и разъёмы.

Припаять провода к гнёздам, холдеру, кнопке и выключателю. Установить их на свои места и закрепить термоклеем.

Провода нужно соединять так, как показано на схеме:

Расшифровка обозначений:

Холдер.
Выключатель.
Контакты «BAT + и «BAT - .
Контроллер заряда.
Контакты «IN + и «IN - .
Разъём Jack 2,1 Х 5,5 мм.
Контакты «OUT+ и «OUT - .
Контакты батареи.
Плата управления.
Контакты кнопки включения.
Тактовая кнопка.
Гнездо для щупов.
Контакты микрофона.

Затем скачать из плеймаркета приложение виртуального осциллографа и установить его на смартфон. Включить блютус модуль и синхронизировать его со смартфоном. Подключить щупы к осциллографу и открыть на телефоне его программную часть.

При касании щупами источника сигнала на экране Android-устройства появится кривая, показывающая уровень сигнала. Если она не появилась, значит, где-то была допущена ошибка.

Следует проверить правильность подключения и исправность внутренних компонентов. Если все в порядке, нужно попробовать запустить осциллограф снова.

Установка в корпус монитора

Этот вариант самодельного осциллографа легко устанавливается в корпус настольного ЖК монитора. Такое решение позволяет сэкономить немного места на вашем рабочем столе.

Для сборки понадобятся:

Компьютерный ЖК монитор.
DC-DC инвертор.
Материнская плата от телефона или планшета с HDMI-выходом.
USB разъём.
Кусок HDMI кабеля.
Провод сечением 0,1 мм².
Тактовая кнопка.
Резистор на 1 кОм.
Двусторонний скотч.

Встроить своими руками в монитор осциллограф сможет каждый радиолюбитель. Для начала нужно снять с монитора заднюю крышку и найти место для установки материнской платы. После того как определились с местом, рядом с ним нужно вырезать в корпусе отверстия для кнопки и USB разъёма.

Второй конец кабеля нужно припаять к плате от планшета. Перед припаиванием каждой жилки прозванивать её мультиметром. Это поможет не перепутать порядок их подключения.

Следующим шагом нужно выпаять с платы планшета кнопку включения и micro USB разъём. К тактовой кнопке и USB гнезду припаять провода и закрепить их в вырезанных отверстиях.

Затем соединить все провода так, как это показано на рисунке, и припаять их:

Поставить перемычку между контактами GND и ID в микро ЮСБ разъёме. Это нужно для перевода USB порта в режим OTG.

Нужно приклеить инвертор и материнку от планшета на двусторонний скотч, после чего защёлкнуть крышку монитора.

Подключить к USB порту мышку и нажать кнопку включения. Пока устройство загружается, включить Bluetooth передатчик. Затем нужно синхронизировать его с приёмником . Можно открыть приложение осциллографа и убедиться в работоспособности собранного устройства.

Вместо монитора отлично подойдёт и старый ЖК телевизор, в котором нет Смарт ТВ. Начинка от планшета по своим возможностям превосходит многие Smart TV системы. Не стоит ограничивать её применение одним лишь осциллографом.

Изготовление из аудиокарты

Осциллограф, собранный из внешнего аудиоадаптера, обойдётся всего в 1,5-2 доллара и займёт минимум времени на своё изготовление. По размеру он получится не больше обычной флешки, а по функционалу не уступит своему большому собрату.

Необходимые детали:

USB аудиоадаптер.
Резистор на 120 кОм.
Штекер mini Jack 3,5 мм.
Измерительные щупы.

Нужно разобрать аудиоадаптер, для этого стоит поддеть и расщёлкнуть половинки корпуса.

Выпаять конденсатор C6 и припаять на его место резистор. Затем установить плату обратно в корпус и собрать его.

Следует отрезать от щупов стандартный штекер и припаять на его место мини-джек. Подключить щупы ко звуковому входу аудиоадаптера.

Затем нужно скачать соответствующий архив и распаковать его. Вставить карту в USB разъём.

Осталось самое простое: зайти в Диспетчер устройств и во вкладке «Аудио, игровые и видеоустройства» найти подключённый USB аудиоадаптер. Щёлкнуть по нему правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Обновить драйвер».

Затем переместить файлы miniscope.exe, miniscope.ini и miniscope.log из архива в отдельную папку. Запустить «miniscope.exe».

Перед использованием программу нужно настроить. Необходимые настройки показаны на скриншотах:

Если коснуться щупами источника сигнала, в окне осциллографа должна появиться кривая:

Таким образом, чтобы превратить аудиоадаптер в осциллограф , нужно приложить минимум усилий. Но стоит помнить, что погрешность такого осциллографа составляет 1-3%, чего явно недостаточно для работы со сложной электроникой. Он отлично подойдёт для начинающего радиолюбителя, а мастерам и инженерам стоит присмотреться к другим, более точным осциллографам.