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基于Arduino的数字示波器

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签到天数: 171 天

[LV.7]常住居民III

发表于 2017-2-22 14:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 wuyatom 于 2017-2-22 14:22 编辑



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   基于Arduino的数字示波器




                               
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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:

                               
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u8glib_arduino_v1.13.zip (989.55 KB, 下载次数: 2938)   
       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。
      

                               
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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?
#include <U8glib.h> //声明库
U8GLIB_ST7920_128X64_4X u8g(13, 12, 11); // 声明液晶屏 SPI Com: SCK =13, MOSI = 12, CS =  11
int x,y; //绘点坐标
int Buffer[128]; //缓存值储存数组
void setup( ) {  }
//采样
void sample( )  
{  
for(x = 0;x < 128;x++)
   Buffer[x] = analogRead(A0);  //信号采样
for(x = 0;x < 128;x++)  
   Buffer[x] = 63-(Buffer[x]>>4); //计算纵坐标值
}
//显示
void draw( )  
{  
  for(x = 0;x < 127;x++)  
     u8g.drawLine(x,Buffer[x],x,Buffer[x+1]);  //画相邻两点连线  
u8g.drawLine(64,0,64,63); // 画坐标轴
u8g.drawLine(0,32,128,32);
for(x=0;x<128;x+=8)   //画坐标轴刻度
   u8g.drawLine(x,31,x,33);
for(x=0;x<64;x+=8)
   u8g.drawLine(63,x,65,x);
u8g.drawFrame(0,0,128,64); //画边框
}   
void loop( )
{
   sample();         //采样
   u8g.firstPage();  //清屏
   do  draw( );      //显示
   while( u8g.nextPage( ));
}





显示效果:


                               
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           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。
         

                               
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Arduino_oscilloscope.zip (2.72 KB, 下载次数: 3172)         

         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:


                               
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       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。


                               
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2、 焊接电路板元件


                               
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3、制作LCD洞洞板


                               
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4、组装电路板


                               
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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。


                               
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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。


                               
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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。

   

                               
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   开机LOGO


                               
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   测试图:


                               
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评分

参与人数 2金钱 +27 收起 理由
jake883 + 5 很给力!
bg3azp + 22 很给力!

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该用户从未签到

发表于 2017-2-22 14:26 来自手机 | 显示全部楼层
谢谢分享
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该用户从未签到

发表于 2017-2-22 14:41 | 显示全部楼层
性能跟不上吧?你应该发到数字板块。。
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签到天数: 4 天

[LV.2]偶尔看看I

发表于 2017-2-22 15:37 | 显示全部楼层
才50K,也就看看声卡的输出。
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签到天数: 171 天

[LV.7]常住居民III

 楼主| 发表于 2017-2-22 15:58 | 显示全部楼层
我记得校长也做过一个的吧
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签到天数: 655 天

[LV.9]以坛为家II

发表于 2017-2-22 18:42 | 显示全部楼层
不错,使用很方便!
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签到天数: 42 天

[LV.5]常住居民I

发表于 2017-2-22 20:44 | 显示全部楼层
背光是咋整的?
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签到天数: 2 天

[LV.1]初来乍到

发表于 2017-2-27 06:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 brucewoo 于 2017-2-27 06:18 编辑

以atmega328的运算能力,可以显示多大频率的波形?
要不楼主试试显示CNC控制板输出F8000的波形行不?以1605丝杆2500编码器来说
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签到天数: 1 天

[LV.1]初来乍到

发表于 2017-3-16 20:25 | 显示全部楼层
厉害,不知道和虚拟示波器比怎么样
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该用户从未签到

发表于 2017-10-10 22:10 | 显示全部楼层
程序下载在另一个站点?无法下载啊
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签到天数: 203 天

[LV.7]常住居民III

发表于 2017-10-12 09:47 | 显示全部楼层
高手啊,手里买过示波器的还没学会怎么用的悄悄路过
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