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[进阶] 基于arduino的示波器

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基于Arduino的示波器



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:下载附件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?


  1. #include <U8glib.h> //声明库
  2. U8GLIB_ST7920_128X64_4X u8g(13, 12, 11); // 声明液晶屏 SPI Com: SCK =13, MOSI = 12, CS =  11
  3. int x,y; //绘点坐标
  4. int Buffer[128]; //缓存值储存数组
  5. void setup( ) {  }
  6. //采样
  7. void sample( )  
  8. {  
  9. for(x = 0;x < 128;x++)
  10.    Buffer[x] = analogRead(A0);  //信号采样
  11. for(x = 0;x < 128;x++)  
  12.    Buffer[x] = 63-(Buffer[x]>>4); //计算纵坐标值
  13. }
  14. //显示
  15. void draw( )  
  16. {  
  17.   for(x = 0;x < 127;x++)  
  18.      u8g.drawLine(x,Buffer[x],x,Buffer[x+1]);  //画相邻两点连线  
  19. u8g.drawLine(64,0,64,63); // 画坐标轴
  20. u8g.drawLine(0,32,128,32);
  21. for(x=0;x<128;x+=8)   //画坐标轴刻度
  22.    u8g.drawLine(x,31,x,33);
  23. for(x=0;x<64;x+=8)
  24.    u8g.drawLine(63,x,65,x);
  25. u8g.drawFrame(0,0,128,64); //画边框
  26. }   
  27. void loop( )
  28. {
  29.    sample();         //采样
  30.    u8g.firstPage();  //清屏
  31.    do  draw( );      //显示
  32.    while( u8g.nextPage( ));
  33. }
复制代码

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。
下载附件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。

dsweiliang  初级技神

发表于 2015-12-3 09:36:49

精度够不够噶?
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丄帝De咗臂  高级技匠

发表于 2015-12-3 09:42:47

现在开始关注这个啦
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大连林海  初级技神
 楼主|

发表于 2015-12-3 09:51:03


俺不知道 不太清楚啊
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大连林海  初级技神
 楼主|

发表于 2015-12-3 09:51:16

丄帝De咗臂 发表于 2015-12-3 09:42
现在开始关注这个啦

看着这个不错 要是有器材也想试试看
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孙毅  初级技匠

发表于 2015-12-3 15:35:04

牛! 你赶紧做个简单的手持示波器出来,可以卖了。吼吼
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大连林海  初级技神
 楼主|

发表于 2015-12-3 15:37:59

孙毅 发表于 2015-12-3 15:35
牛! 你赶紧做个简单的手持示波器出来,可以卖了。吼吼

你来 你来 这个照着做不就可以了吗 大圣  明天我们放假 吼吼
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孙毅  初级技匠

发表于 2015-12-3 15:42:59

大连林海 发表于 2015-12-3 15:37
你来 你来 这个照着做不就可以了吗 大圣  明天我们放假 吼吼

为毛放假?真幸福!
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大连林海  初级技神
 楼主|

发表于 2015-12-3 18:02:31

孙毅 发表于 2015-12-3 15:42
为毛放假?真幸福!

停水一天····················
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15071446702  见习技师

发表于 2017-4-21 09:56:32

为什么编译程序时,提示出错
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20060606  高级技匠

发表于 2020-8-14 05:25:50

感谢分享u8g库
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