สร้างสโคปมือสมัครเล่น

30

ฉันมีโครงการที่ฉันกำลังคิดอยู่พักหนึ่งและฉันก็ตระหนักว่าในบางช่วงของการพัฒนาฉันจะต้องใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า โอเคไม่ใช่ปัญหา

แทนที่จะซื้อออสซิลโลสโคปฉันตัดสินใจแล้วว่าฉันต้องการออกแบบอย่างน้อยที่สุดและหวังว่าจะสร้างผลลัพธ์ เพื่อให้สิ่งต่าง ๆ ง่ายขึ้นฉันกำลังคิดที่จะใช้ Raspberry Pi เพื่อทำการคำนวณและการสร้างภาพข้อมูลที่สนุกสนาน (ฉันไม่อยากใช้ FFT บน AVR ขอบคุณมาก)

ยิ่งฉันอ่านออสซิลโลสโคปยิ่งทำให้ฉันสับสนมากเท่านั้น ทำไมไม่สโคปเพียง ADC? ถ้าฉันจะขออะไรแบบนี้ (มีการป้องกันแรงดันเกินที่เหมาะสมและการขยายสัญญาณล่วงหน้า) ไปยังวงจรที่ปลายด้านหนึ่งและซีพียูที่ตั้งโปรแกรมไว้อย่างเหมาะสมอยู่อีกตัวนั่นไม่ใช่ออสซิลโลสโคปใช่ไหม

[ในอดีตที่ผ่านมาฉันได้ทำงานกับวงจรดิจิตอลอย่างง่ายเท่านั้นฉันเป็นนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์เชิงทฤษฎีเป็นหลัก! - และตอนนี้ฉันกำลังพยายามห่อหัวของฉันกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อะนาล็อกในขณะนี้ ฉันขอโทษถ้าคำตอบนี้ชัดเจนมาก ... ]

oscilloscope hobbyist

— ไม่มีตัวตน
แหล่งที่มา

6

มันอาจจะมีประโยชน์ในการเริ่มต้นด้วยการศึกษาออสซิลโลสโคปโอเพนซอร์สที่มีอยู่สองสามตัว: ลิงก์บางตัวที่นี่และเห็นด้วยเช่นกัน ด้วย RPi การออกแบบ SoC แบบปิดต้องใช้การลงชื่อ NDA และโน้มน้าวใจผู้ผลิต SoC เพื่อให้คุณมีข้อมูลประเภทที่คุณอาจจำเป็นต้องทำในสิ่งที่คุณต้องการ บางอย่างเช่น Tiva-C Launchpad หรือดีกว่า Beagle Bone Black อาจทำให้เป็นจุดเริ่มต้นได้ง่ายขึ้นด้วยเหตุผลดังกล่าว BBB มีมากกว่า IO ที่เพียงพอและพลังในการประมวลผลและเอกสารที่ดีเช่นกัน

— Anindo Ghosh

5

แม้แต่ออสซิลโลสโคปราคาไม่แพง 100MHz ก็อาจมีอัตราตัวอย่าง 1GSps ADC ขนาด 8 เมกะบิตต่อวินาที 20 บิตจะไม่ดีเกินกว่า MHz เล็กน้อย (Harry และ Claude บอกว่าใช้ 10MHz เป็นขีด จำกัด แน่นอน) คุณจะต้องสามารถรับข้อมูลจาก ADC และในโปรเซสเซอร์ของคุณซึ่งสามารถแสดงได้ ส่วนหน้าคุณภาพเชิงพาณิชย์ก็ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยเช่นกัน ฉันไม่ต้องการกีดกันคุณ แต่สิ่งที่คุณจะสร้างจะไม่มีประสิทธิภาพของ $ 350 Rigol มันจะเป็นโครงการที่ดีสำหรับการเรียนรู้อย่างแน่นอน

— Spehro Pefhany

10

ทำไมคุณคิดว่าออสซิลโลสโคปจำเป็นต้องติดตั้ง FFT

— Phil

5

สำหรับรูปแบบการศึกษาสิ่งที่สำคัญที่สุดที่จะตระหนักถึงนอกเหนือจาก ADC คือวงจรทริกเกอร์ คุณต้องการจอแสดงผลที่สม่ำเสมอไม่ใช่จอที่เคลื่อนที่ตลอดเวลา คุณต้องหาวิธีเริ่มต้นการวาดคลื่นทุก ๆ ครั้งในเวลาเดียวกัน มันสามารถทำได้สนุกและคุณอาจเรียนรู้มากมายจากมัน บทเรียนที่สำคัญที่สุดอาจเป็นไปได้ว่าขอบเขตดิจิทัลในคุณภาพที่เหมาะสมค่อนข้างถูกในทุกวันนี้

— jippie

9

ฉันหวังว่าคุณจะสามารถเข้าถึงออสซิลโลสโคปได้ในขณะที่คุณสร้างมันขึ้นมา :-p

— Lyndon White

23

หัวใจของมันคือออสซิลโลสโคป (ดิจิตอล) เป็นเพียง ADC พร้อมกับหน่วยความจำบางส่วนที่จะเก็บตัวอย่าง ตัวอย่างจะถูกอ่านออกมาจากหน่วยความจำและแสดง

ปัญหาการใช้งานจริงทำให้ออสซิลโลสโคปเชิงพาณิชย์มีความซับซ้อน สัญญาณอินพุตจะต้องถูกปรับขนาดอย่างเหมาะสมสำหรับช่วงของ ADC ซึ่งหมายความว่าคุณต้องมีตัวลดทอนสัญญาณและ / หรือแอมป์ที่มีค่าเกนที่แม่นยำมากซึ่งแบนราบในช่วงความถี่ที่กว้างมาก (DC ถึง 10 หรือ 100 MHz อย่างน้อย) เพื่อวัดรูปคลื่นที่มีการบิดเบือนน้อยที่สุด

นอกจากนี้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันอัตราตัวอย่างของ ADC จะต้องมีการปรับ (อย่างแม่นยำมาก) ในช่วงไดนามิกที่กว้าง - 1 ns / ตัวอย่างถึง 1 วินาที / ตัวอย่าง (ขนาด 9 คำสั่ง) จะเป็นเรื่องปกติ

จากนั้นก็มีคำถามที่รู้ว่าควรเริ่มต้น - หรือที่สำคัญกว่านั้นคือหยุดการสุ่มตัวอย่าง สิ่งนี้เรียกว่าการกระตุ้น แอปพลิเคชันที่แตกต่างกันมีความต้องการที่แตกต่างกันสำหรับการกระตุ้นและขอบเขตการค้ามีหลากหลายให้เลือก

— เดฟทวีด
แหล่งที่มา

มันเป็นเรื่องดีที่จะเห็นฉันไม่ได้เกินไปไกลปิดเครื่องหมายขอขอบคุณ! ฉันคิดว่าสิ่งนี้ช่วยขจัดความสับสนส่วนใหญ่ของฉันได้ เพื่อให้มีฟังก์ชั่นขั้นต่ำที่เปลือยเปล่า (สมมติว่าแสดงคลื่นสี่เหลี่ยมโดยไม่ต้องเปลี่ยนเฟสบนจอแสดงผลโดยไม่จำเป็น) อะไรคือเซตย่อยของกลไกกระตุ้นการใช้งาน หรือว่าเป็นคำถามที่โง่?

— เบาหวิว

2

แทนที่จะปรับอัตราตัวอย่างของ ADC ให้พิจารณาตัวกรองการลดทอนสัญญาณดิจิตอลใน FPGA หรือซอฟต์แวร์การแสดงผล การออกแบบที่หยาบซึ่งเพียงแค่ลดอัตราตัวอย่างได้รับความเดือดร้อนจากนามแฝงซึ่งผู้ประกอบการต้องออกกฎโดยความรู้เกี่ยวกับสัญญาณหรือการเปลี่ยนระยะเวลาการทดลองเพื่อตรวจสอบว่าสัญญาณมีขนาดใหญ่เกินไปหรือต่ำกว่ามาตรฐาน

— Chris Stratton

การเรียกใช้งานแบบหยาบสามารถทำได้ด้วยเครื่องเปรียบเทียบแบบอะนาล็อกหรือแบบดิจิทัลอาจมีฮิสเทรีซิส นอกจากนี้ในขอบเขตดิจิทัลคุณมักจะสุ่มตัวอย่างต่อเนื่องเป็นบัฟเฟอร์วงกลมในขณะที่รอการทริกเกอร์จากนั้นหยุดช่วงระยะเวลาหนึ่งหลังจากพบเงื่อนไขการทริกเกอร์ ด้วยการปรับจำนวนการสุ่มตัวอย่างหลังการทริกเกอร์คุณสามารถเหลือบัฟเฟอร์ที่มีสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนการทริกเกอร์และหลังจากนั้น

— Chris Stratton

1

ในขอบเขตดิจิทัลการทริกเกอร์สามารถทำได้ทั้งหมดในโดเมนดิจิทัลแม้ว่าจะต้องใช้เฟิร์มแวร์ที่ค่อนข้างซับซ้อนในการซ้อนทับผลลัพธ์ของทริกเกอร์ซ้ำ ๆ บนสัญญาณเป็นระยะ ทริกเกอร์ One-shot นั้นค่อนข้างน่ารำคาญ

— Dave Tweed

13

สิ่งสำคัญคือการแยกโครงการงานอดิเรกออกจากอุปกรณ์ที่พร้อมใช้งานและเพื่อให้เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับคุณ สิ่งนี้ไม่จำเป็นต้องเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับผู้อื่น

หากสิ่งที่คุณต้องการคืออุปกรณ์ที่ใช้สำหรับโครงการอื่นในปีนี้ฉันจะซื้อ อาจจะใหม่หรือใช้งานตามความต้องการและงบประมาณของคุณ

หากสิ่งที่คุณต้องการคือการสร้างออสซิลโลสโคปเป็นงานอดิเรกหรือโครงการการศึกษาโดยทั้งหมดหมายความว่าไปข้างหน้า! ฉันขอให้คุณสนุกและประสบการณ์การศึกษา คุณจะได้เรียนรู้มากมาย ดูเหมือนว่าคุณจะต้องเผชิญกับผู้พูดไม่จริง บอกพวกเขาว่าพวกเขาสามารถประหยัดเวลาและเงินจำนวนมากในวันหยุดพักผ่อนของพวกเขาได้โดยไม่ไปยุโรปและซื้อหนังสือภาพแทน พวกเขาหายไปจากจุด!

ดิจิตอลออสซิลโลสโคป (พื้นฐาน) นั้นประกอบไปด้วยฟรอนต์เอนด์ (รวมถึง ADC และวงจรทริกเกอร์) คอมพิวเตอร์ฝังตัวจอแสดงผลและซอฟต์แวร์

ฉันจะแนะนำว่าปัญหาต่อไปนี้น่าจะเกิดขึ้น:

เวลา. โครงการนี้จะใช้เวลาสักพักหนึ่งขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพที่คุณต้องการประสบการณ์ของคุณ ฯลฯ
ราคา มันจะมีราคาสูงกว่าการซื้อประสิทธิภาพที่เท่ากัน
ประสิทธิภาพ. คุณกำลังมองหาการแสดงประเภทใดอยู่ รวมถึงช่วงอินพุตความละเอียดของเวลาแรงดันไฟฟ้าที่ต้องทนต่อส่วนหน้า
การทดสอบ คุณจะแก้ปัญหาอย่างไร คุณจะตรวจสอบว่ามันทำงานอย่างถูกต้องได้อย่างไร
ความปลอดภัย จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณตรวจสอบ 120VAC หรือแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น

— technophile
แหล่งที่มา

คุณรู้ไหมว่าชาวยุโรปจะรู้สึกสนุกกับคำแนะนำวันหยุดของคุณใช่ไหม :-)

— RedGrittyBrick

10

ฉันคิดว่าคุณจะได้รับความคิดไม่กี่จากAVR 10MHz 50ms / s ดิจิตอล Storage Oscilloscope
มันมีแผนงานเต็มและรหัสต้นฉบับ

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ใช้ CPLD ขนาดเล็กที่อ่านผลลัพธ์ ADC และเติมแรมจากนั้นใช้ AVR mcu เพื่ออ่านข้อมูล RAM และส่งไปยังพีซี

คุณอาจพบว่ามีประโยชน์:

แผนงาน Bitscope
dsonanoรวมทั้งแผนงานเต็มรูปแบบและรหัสที่มา
DSO หลายโครงการที่เกี่ยวข้องกับการใช้ FPGA หรือ mcu อยู่ที่นี่

มีบล็อกไดอะแกรมในหน้าโครงการopenDSOซึ่งควรเป็นประโยชน์ในการแสดงภาพส่วนที่ใช้ใน DSO

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

— alexan_e
แหล่งที่มา

6

JYE Tech มีออสซิลโลสโคปชุด $ 49 :

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ด้วยคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

5M samples/second
8 bit resolution
256 sample memory depth
1MHz analog bandwidth
100mV/Div-5V/Div sensitivity
1MΩ impedance
50Vpeak-to-peak max input voltage
DC/AC coupling
Save and display up to 6 captures to memory
Transfer screen capture to PC as a bitmap file (serial adapter not included)
Backlit LCD display
FFT function available

Sparkfun ยังพกมันไว้ แต่เพิ่มอีก $ 10

ส่วนประกอบยึดพื้นผิวทั้งหมดได้รับการบัดกรีเรียบร้อยแล้ว

มันใช้ ATmega 64 พวกเขาให้รายชื่อแผนผังและชิ้นส่วนบนเว็บไซต์ของพวกเขาหากคุณต้องการใช้เป็นแนวทางในการกลิ้งของคุณเอง แต่ฉันสงสัยว่าคุณสามารถทำเช่นนั้นได้ทุกที่ที่ราคา $ 49 ซอร์สโค้ดเฟิร์มแวร์ก็มีให้เช่นกัน

สำหรับอีกเพียง $ 30 ($ 79.50) พวกเขามีหน่วยประกอบที่มีแบนด์วิดธ์อนาล็อก 5 MHz

— tcrosley
แหล่งที่มา

1

สำหรับสิ่งที่คุ้มค่านั่นคือการแสดงของ Heathkit oscilloscope ในยุค 1950 AC-coupled เท่านั้น (ใช้หลอดสุญญากาศ) theoldcatvequipmentmuseum.org/180/182/…

— Spehro Pefhany

1

กระแทกแดกดัน Heath แนะนำออสซิลโลสโคปแบบอิเล็กทรอนิกส์ชุดแรก (O1) ในปี 1947 ซึ่งขายได้ในราคา $ 50 แต่นั่นจะน้อยกว่า $ 500 ในดอลลาร์ของวันนี้

— tcrosley

นี่เป็นสิ่งที่น่ารำคาญอย่างยิ่งที่จะใช้เพราะไม่มีสิ่งบ่งชี้ว่ามีการกระตุ้น หากตัวบ่งชี้จะกะพริบหรือบางสิ่งบางอย่างปรากฏขึ้นหลังจากครึ่งวินาทีเพื่อแสดงว่าจอแสดงผลค้างอยู่ก็จะสามารถใช้งานได้มากขึ้นแม้ว่าจะอยู่ในข้อ จำกัด ของตัวอย่างแบบดั้งเดิม

— Chris Stratton

เนื่องจากพวกเขามีรหัสแหล่งที่มาของเฟิร์มแวร์คุณอาจเพิ่มตัวบ่งชี้ทริกเกอร์ในจอแสดงผลได้โดยไม่มีปัญหามากเกินไป

— keshlam

แหล่งที่มาที่ให้นั้นมีเฟิร์มแวร์ที่ จำกัด มากกว่าบนอุปกรณ์

— Chris Stratton