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[进阶] 基于arduino的示波器 |
基于Arduino的示波器 原地址 http://www.arduino.cn/thread-3703-1-1.html 基于Arduino的数字示波器 一、概述 经常在网上 看到有人制作数字示波器,数字示波器必须有数模转换单元,根据数模转换方式可以将电路分为两种模式:1.专用ADC芯片+单片机,2.利用单片机内部的ADC作数模转换。对于第一种模式我也做过两种(见我的博客: http://blog.sina.com.cn/ntwhq),这种模式电路要复杂一点,元器件也较难配齐,对初学者来说比较困难。第二种结构比较简单,容易制作,但有一个明显的缺点,就是带宽比较窄,其中一个比较典型的作品是国外网友制作的:http://www.serasidis.gr/circuits/AVR_oscilloscope/avr_oscilloscope.htm,这个示波器的带宽只有7.7KHz。国内也有网友用AVR和STC单片机制作的,但实际带宽均不超过10KHz。 最近看到有网友用Arduino做示波器,这可以说比上面的第二种方式还要简单,但观察其制作的效果却不理想,带宽很窄。因此我也想试一下,看看又没有好的方法来解决这一问题。通过实验制作,不断修改代码,提高数模转换的取样率,取得了很好的效果。 最终作品的主要参数: 频率响应: 10Hz-50KHz 电 源: 5V LCD液晶屏: 128x64(ST7920) 测量显示区:96x64 信息显示区:32x64,显示测试信号的频率、Vpp等内容 同步方式:上升沿触发 扫描速度:0.02ms/div~10ms/div,按1-2-5进位分九档 Hold功能:冻结显示波形和参数 二、基础试验 使用Arduino 做项目的最大优势就是其丰富的资源,同时也不需要了解太多单片机的知识。我下面的制作就利用了一个LCD的资源库u8glib,使得编程变得简单多了,不然LCD的驱动会花费你好多时间。 u8glib 下载:u8glib_arduino_v1.13.zip 下面是我先用Arduino UNO搭建的试验电路,LCD使用ST7920控制的12864液晶屏。 只要输入法下列代码,编译下载后就能实现数字示波器的基本功能了,是不是很简单?
显示效果: 利用这个试验电路,我测量了Arduino 直接使用analogRead() 函数完成一次数模转换的时间约为111微秒,转换速度很慢,因此其带宽只有1KHz多点, 接下来的首要任务就是提高数模转换速度,同时增加其它功能。 三、最新程序 下面是最新的源代码,使用时请保留我的开机LOGO,呵呵。 Arduino_oscilloscope.zip 上述程序ADC使用片内1.1V基准电压,如果要使用片外5V基准电压,应将程序中 ADMUX=0xe0; 改为:ADMUX=0x60; Vpp=(V_max-V_min)*1.1/255;改为: Vpp=(V_max-V_min)*5/255; 四、整机制作 上面做试验用的是Arduino UNO,实际制作时使用Arduino PRO mini,这样才能有小体积。 电路图: 主要元器件清单: 名称 数量 Arduino PRO mini 1 LCD12864液晶屏(ST7920) 1 电解电容器(100μ 25V) 1 电位器(50k) 1 洞洞板 2 按钮开关 3 电源开关 1 电池盒(配7号充电电池) 1 机壳 1 1、焊接Arduino PRO mini 插针。 2、 焊接电路板元件 3、制作LCD洞洞板 4、组装电路板 5、制作机壳 我用了一个充电宝的塑料包装盒改制机壳,在相应的地方打上孔。 6、总装 将电路板装入机壳,用厚点的白纸做一个面板,贴在前面板内侧。 五、程序下载与测试 由于 Arduino PRO mini 不自带USB转串口的电路,所以要通过一根USB转串口的下载线才能下载程序。 示波器的调试很简单,只要调节50k电位器使水平扫描线居中即可。 我用一台信号发生器作信号源。 开机LOGO 测试图: 六、测试视频 测试过程中在调节信号源的频率输出方法,调节示波器的扫描速度按键和Hold按键。 七、几点说明 1、这是一个最简单的数字示波器,可以在此基础上进一步完善; 2、大家可能注意到我没有使用 I/O端口0-7,这正好是AVR单片机的一个8位并口,这是我为后续升级准备的,在使用专用ADC芯片的时候它可以作为数据输入,如果大家对这个示波器感兴趣,以后我会考虑升级; 3、作品完成得比较仓促,有什么缺陷和不足的地方,请大家指教,你制作中有什么问题也可以在这里交流。 |
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