Как из смартфона сделать осциллограф

Очень давно хотел купить осциллограф, но финансовая сторона всегда подводила.
Бюджетное решение нашёл недавно в инете.

Для этого предлагалось использовать домашний компьютер (его звуковую карту) и собрать простую схему состоящую из двух стабилитронов КС119А, сопротивления в 10 кОм, соединённого параллельно, микрофонного выхода звуковой карты и 100 кОм сопротивления на входе для сигналов до 12 В и программа Avangard.
Я же для своего осциллографа использовал планшет на андроиде.
Увеличил входное напряжение до 100 в путём увеличения номинала входного сопротивления до 500 кОм .
Вот и формула.

С платой не стал заморачиваться, так как элементов в этой схеме мало.

Как корпус использовал старый пас кросс.

На выходе использовал джек 3,5мм с 4 мя контактами.

Припаивать нужно к самому верхнему контакту, он служит для микрофона, и самый нижний, он служит общей массой для всей схемы.
На входе на массовом проводе припаял крокодил, а на проводе выходного сигнала — щуп.
Для проверки работоспособности использовал генератор сигналов с телефона и усилитель, на котором измерял искажения при повышении уровня геина.
Вот собственно видео этого процесса.

По тестам этого прибора могу сказать одно, что точным он не является. В программном обеспечении нельзя определить величину сигнала (напряжение), частоту можно определять по настройкам времени сигнала и клеткам на экране.
Еще данный прибор работает плохо с низкочастотными сигналами до 30 Гц и высокими выше 15000 Гц.
Так что данный прибор можно использовать только для определения искажений и примерной частоты сигнала.

Это приложение тестировалось только с Samsung Galaxy GT-i5700 Spica (Android 2.1)

Как АЦП для двух входов в схеме используется PIC33FJ16GS504 Microchip (даташит и данные). Обработанные данные передаются в телефон через Bluetooth модуль LMX9838 (даташит).

Характеристики осциллографа:
– Время на деление: 5мкс, 10мкс, 20мкс, 50мкс, 100мкс, 200мкс, 500мкс, 1мс, 2мс, 5мс, 10мс, 20мс, 50​​мс.
– Вольт на деление: 10мВ, 20мВ, 50мВ, 100мВ, 200мВ, 500мВ, 1В, 2В, GND
– Аналоговый вход (зависит от предусилителя): от -8V до +8 V

Исходные коды для Bluetooth были взяты из Bluetooth чата http://developer.android.com. Этот пример состоит из трех файлов исходного кода Java. И я полностью скопировал "DeviceListActivity.java", который используется для поиска удаленных устройств Bluetooth. Я изменил "BluetoothChatService.java", удалив оттуда всё лишнее.

Для графического отображения форм сигнала я использовал SurfaceView, мне очень помогла статья как использовать canvas в android.

Остальная часть работы в основном заключалась в переносе моих предыдущих наработок для S60 на язык Java. Это было сложно, но тем не менее, это был хороший пример для изучения JAVA программирования.

Исходные коды и прошивки для Android и PIC можно скачать здесь.

Вот схема. В ней нет ничего особенного, всё основано на существующих схемах.

Возможно, я выбрал не самый хороший микроконтроллер для этой цели, т.к. остались незадействованные выводы. Но я смог купить только такой и тут самый хороший АЦП.

На интернет-страничке http://www.semifluid.com я нашел весьма простое решение для создания цифрового компьютерного осциллографа. Устройство построено на базе восьмиразрядного процессора PIC12F675.

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).

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

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 я использовал керамический 22000nF, чтобы наблюдать низкие частоты без особых искажений.

Читайте также:  Переходник для магнитолы веста

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

В упомянутом выше оригинальном сайте, также доступна простая программа управления для Windows. Программа написана на Visual Basic.

Программа запускается сразу и ожидает появление 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.

Я не стал делать печатной платы, а смонтировал все в небольшой пластиковой коробке навесным монтажом. Корпус должен иметь отверстия для разъема RS232 переключателя, входного гнезда, гнезда питания.

Прошивка для процессора – в конце статьи. Биты конфигурации (fuse), в процессе программирования должны быть установлены следующим образом:

Фотография моего готового прототипа

Ниже вы можете скачать исходник, прошивку и ПО для windows

Список радиоэлементов

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.

Основные характеристики USB осциллографа:

  • АЦП: 12 разрядов.
  • Временная развертка (осциллограф): 3…10 мсек/деление.
  • Временной масштаб (рекордер): 1…50 сек/выборка.
  • Чувствительность (без делителя): 0,3 Вольт/деление.
  • Синхронизация: внешняя, внутренняя.
  • Запись данных (формат): ASCII, текстовый.
  • Максимальное входное сопротивление: 1 МОм параллельно к емкости 30 пФ.

Описание работы осциллографа из компьютера

Для осуществления обмена данными, между USB осциллографом и персональным компьютером, применен интерфейс Universal Serial Bus (USB). Данный интерфейс функционирует на базе микросхемы FT232BM (DD2) фирмы Future Technology Devices. Она представляет собой преобразователь интерфейса . Микросхема FT232BM может функционировать как в режиме прямого управления битами BitBang (при использовании драйвера D2XX), так и в режиме виртуального COM-порта (при применении драйвера VCP).

В роли АЦП применена интегральная микросхема AD7495 (DD3) фирмы Analog Devices. Это не что иное, как аналого-цифровой преобразователь с 12 разрядами, с внутренним источником опорного напряжения и последовательным интерфейсом.

В микросхеме AD7495 также есть синтезатор частот, который определяет, с какой скоростью будет происходить обмен информацией между FT232BM и AD7495. Для создания необходимого протокола обмена данными, программа USB осциллографа наполняет выходной буфер USB отдельными значениями битов для сигналов SCLK и CS так, как указано на следующем рисунке:

Измерение одного цикла определяется серией из девятьсот шестидесяти последовательных преобразований. Микросхема FT232BM с частотой, определяемой встроенным синтезатором частот, отправляет электрические сигналы SCLK и CS, параллельно с передачей данных преобразования по линии SDATA. Период 1-го полного преобразования АЦП FT232BM, устанавливающий частоту выборки, соответствует продолжительности периода отправки 34 байтов данных, выдаваемых микросхемой DD2 (16 бит данных + импульс линии CS). Поскольку быстрота передачи данных FT232BM обусловливается частотой внутреннего синтезатора частот, то для модификации значений развертки нужно всего лишь менять значения синтезатора частот микросхемы FT232BM.

Данные, принятые персональным компьютером, после определенной переработки (изменение масштаба, корректировка нуля) выводятся на экран монитора в графическом виде.

Исследуемый сигнал поступает на разъем XS2. Операционный усилитель OP747 предназначен для согласования входных сигналов с остальной схемой USB осциллографа.

На модулях DA1.2 и DA1.3 построена схема сдвига двухполярного входного сигнала в зону положительного напряжения. Поскольку внутренний источник опорного напряжения микросхемы DD3 имеет напряжение 2,5 вольт, то без использования делителей охват входных напряжений равен -1,25..+1,25 В.

Чтобы была возможность исследовать сигналы, имеющие отрицательную полярность, при фактически однополярном питании от разъема USB ( а), использован преобразователь напряжения DD1, который для питания ОУ OP747 вырабатывает напряжение отрицательной полярности. Для защиты от помех аналоговой части осциллографа применены компоненты R5, L1, L2, C3, C7-C11.

Для вывода информации на экран монитора компьютера предназначена программа uScpoe. При помощи данной программы появляется возможность визуально оценивать величину исследуемого сигнала, а так же его форму в виде осциллограммы.

Для управления разверткой осциллографа предназначены кнопки ms/div. В программе можно сохранять осциллограмму и данные в файл при помощи соответствующих пунктов меню. Для виртуального включения и выключения осциллографа используются кнопки Power ON/OF. При отсоединении схемы осциллографа от компьютера, программа uScpoe автоматически переводится в режим OFF.

В режиме записи электрического сигнала (recorder), программа создает текстовый файл, имя которого можно задать по следующему пути: File->Choice data file. изначально формируется файл data.txt. Далее файлы можно импортировать в другие приложения (Excel, MathCAD) для дальнейшей обработки.

(3,0 Mb, скачано: 3 610)

Осциллограф – это очень важный прибор, который используется в радиотехнических лабораториях, занимающихся изготовлением и испытанием многих приборов. Но также они могут применяться и в обычных радиомастерских. Основная задача приборов такого типа – обнаружение и исправление электронных схем, отладка их работы, а главное – недопущение проблем при изготовлении новых схем.

Существенный недостаток осциллографов – достаточно высокая цена. Поэтому купить их могут далеко не все желающие. Вот почему возникает вопрос, ? Хоть и известно много вариантов такого изготовления, но в каждом способе задействован один основной элемент – звуковая карта ПК. К ней присоединяется адаптер, благодаря которому согласовываются уровни измеряемых сигналов.

Данный прибор работает благодаря определенной программе. Она передает на экран сигналы, которые визуализируются. Таким образом, преобразуются измеряемые импульсы. Выбор утилитов достаточно большой, но при этом не все они могут работать стабильно хорошо.

Наибольшую популярность приобрела проверенная программа Osci. Благодаря ней, осциллограф работает в нормальном режиме. В программе есть интерфейс, на экране установлена сетка, благодаря которой можно измерить сигнал по длине и амплитуде. Эта сетка особенная, поскольку она обеспечивает дополнительные функции. Благодаря выбору данной программы появляется ряд положительных аспектов, которые не могут гарантировать другие программы.

Для сооружения из компьютера осциллографа необходимо собрать так называемый делитель напряжения или аттенюатор. Данный аппарат позволяет охватить большой диапазон измеряемого напряжения, защитить от повреждений входной порт звуковой платы. Повреждения такого уровня возникают в основном из-за высокого напряжения.

Практически все аудиокарты имеют напряжение входа не более 2-х вольт. Осциллограф, сделанный из компьютера, ограничен в возможностях звуковой платы. Если рассматривать бюджетные карты, то для них этот показатель держится на уровне 0,1 Гц- 20 кГц.

Напряжение в нижней его точке – 1 мВ. Столь невысокий показатель объясняется ограничением уровня фона и шума. Параметры верхнего напряжения – до 500 вольт. Его ограничивают параметры адаптера.

Преимущества и недостатки осциллографов

Никакой радиолюбитель не может обойтись без осциллографа. Хотя данный аппарат продается по достаточно высокой цене. Но при этом у него есть как преимущества, так и ряд недостатков.

Основной плюс осциллографа, созданного собственноручно из компьютера, это его низкая цена. То есть на его переоборудование придется потратить совсем немного денег. А вот недостатков можно насчитать несколько:
1. Высокая чувствительность. Аппарат реагирует на помеха даже низкого уровня. Это приводит к появлению больших погрешностей.
2. Амплитуда звукового сигнала до 2В. Вход звуковой карты не способен выдержать больший показатель. Поэтому звуковая карта может довольно быстро выйти из строя. Однако этого можно избежать.
3. Неспособность постоянно измерять напряжение. Это, по сути, не является существенным недостатком.

Поскольку некоторые осциллографы не допускают сигнал выше 2В, а у некоторых он не превышает показателя в 1В, то нужно постараться устранить эту проблему, поскольку такой амплитуды явно недостаточно. Решение проблемы кроется в увеличении пределов, с которым справляется адаптер. Современная программа, обеспечивающая работу осциллографа, позволяет добиться таких пределов измерения – 12,5 и 250 Вольт.

Если сигнал, амплитуда которого 250 Вольт не нужна, поэтому можно изготовить адаптер с двумя каналами. Для этого устанавливается защита, которая контролирует работу прибора, то есть не допускает ошибочные включения, если показатель напряжения довольно высокий.

Для уменьшения влияния на осциллограф из компьютера воздействующих внешних помех необходимо поместить плату в корпус, выполненный из металла. После к данному корпусу присоединяется общий провод.

Процесс настройки звуковой карты сопровождается отключением усиления микрофона. Для этого громкость на нем делается средняя или ниже среднего уровня. Как только вся работа выполнена, можно приступать к измерению импульсов вторичной обработки трансформатора. Если все проделано верно, то , сможет отобразить на экране осциллограммы даже самых низких частот. Благодаря установленной программе можно будет с легкостью определить уровень частоты сигнала.

Вот так довольно просто сделать современный прибор из компьютера. Осциллограф будет вырисовывать осциллограммы, которые помогут в работе и опытах, проводимых в радиотехнических и домашних лабораториях.

Ниже представлен проект USB-осциллографа, который вы сможете собрать своими руками. Возможности USB-осциллографа минимальны, но для многих радиолюбительских задач вполне сойдет. Также, схема данного USB-осциллографа может использоваться как основа для построения более серьезных схем. В основе схемы стоит микроконтроллер Atmel Tiny45.

Осциллограф имеет два аналоговых входа и питается от USB-интерфейса. Один вход задействован через потенциометр, что позволяет уменьшать уровень входного сигнала.

ПО для микроконтроллера tiny45 написано на Си и скомпилировано при помощи и V-USB разработки Obdev , который реализует со стороны микроконтроллера HID-устройства.
В схеме не используется внешний кварц, а программно задействована частота от USB 16.5 МГц. Естественно не стоит ожидать от этой схемы дискретизации 1Gs/s.

Осциллограф работает по USB через HID-режим, не требующий установки каких-либо специальных драйверов. Софт для windows написан с использованием.NET C#. Взяв за основу мой исходник программы, вы можете дополнить ПО как вам нужно.

Принципиальная схема USB-осциллографа очень проста!

Список используемых радиоэлементов:
1 светодиод (любой)
1 резистор для светодиода, от 220 до 470 Ом
2 резистора 68 Ом для USB D+ & D-линий
1 резистор 1.5K для определения USB-устройства
2 стабилитрона 3.6V для выравнивания USB-уровней
2 конденсатора 100нФ и 47мкФ
2 фильтрующих конденсатора на аналоговых входах (от 10нФ до 470нФ), можно и без них
1 или 2 потенциометра на аналоговых входах, для уменьшения уровня входного напряжения (если нужно)
1 USB-разъем
1 микроконтроллер Atmel Tiny45-20.

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
U1 Линейный регулятор 1 Поиск в Чип и Дип В блокнот
U2 МК PIC 8-бит 1 675-I/P Поиск в Чип и Дип В блокнот
Q1 Биполярный транзистор 1 Поиск в Чип и Дип В блокнот
С1, С2, С5 Конденсатор 0.1 мкФ 3 Поиск в Чип и Дип В блокнот
С3, С4 Конденсатор 22 пФ 2 Поиск в Чип и Дип В блокнот
С6 Конденсатор 22 мкФ 1 Поиск в Чип и Дип В блокнот
R1, R3 Резистор
Читайте также:  Как подключить дрель напрямую без кнопки схема