3135 подписчиков

Осциллографический пробник на Arduino: полная схема, спецификация, и мысли о STM32.

22 марта 202122 мар 2021

1177

3 мин

Заключительная статья об осциллографическом пробнике на Arduino, некоторые размышления и примеры конструкций других радиолюбителей.

По просьбам в комментариях (к сожалению не на Дзене) публикую полную схему осциллографического пробника на Arduino вместе с спецификацией используемых радиодеталей. Ссылки на описания составных частей пробника в конце статьи.

Ссылка на документ (схема и спецификация в формате pdf )

Так же к вопросу о достигнутых параметрах.

Плюсы: простая схема, минимум настройки схемы и хорошее программное обеспечение (классического типа).

Минусы: надо делать больше диапазонов измерения (1 мВ - 100В), это потянет другие операционные усилители. Второй минус - после 15 кГц уже не понятно, что на входе - меандр или синус, быстродействия АЦП встроенного в atmega2560 явно не хватает. Третий очевидный - полоса пропускания.

Если первый минус устраняется более-менее легко, то остальные требуют значительной переработки "железа".

Использование отдельного АЦП совместно с avr mega 2560 не сильно расширит функционал, натыкаемся на производительность процессора. Вот пример реализации с использованием АЦП TLC5540. Используются только 6 бит от 8 битного АЦП, максимальная частота - до 500 кГц (реально распознавать сигнал возможно до 200кГц). Если к приведенной выше реализации добавить входную часть - получится аналог DS138 (только DS на STM и встроенный 12 битный АЦП, используют 8 бит)).

Заслуживает внимания проект осциллографического пробника "Импульс 5510 ". Простота конструкции и достаточно несложное "подтягивание" к Arduino.

Выходом может послужить использование STM32 контроллера, более производительного совместно с быстродействующим АЦП. Вариант реализации такого осциллографа здесь , используется встроенное АЦП, нет входной части.

Еще один вариант с интересной входной частью представлен здесь . В схеме применен кмоп мультиплексор входного аттенюатора, это решает проблему коммутации (микро галеты практически не представлены на рынке, многопозиционных движковых переключателе выбор тоже мал). Применение мультиплексора сомнительно на высокочастотных режимах работы - емкость мультиплексора имеет зависимость от частоты (по даташиту).

Совершенно в радиолюбительской практике забыты стробоскопические осциллографы (имеется в виду в "эру" быстрых АЦП). Пример реализации входных цепей такого осциллографа приводят сами сотрудники AD (статья в радиолоцмане ). Подключается к звуковой карте компьютера. Правда стоимость усилителя выборки-хранения приведенной схемы в статье в чип и дип приближается к стоимости крыла боинга (4600 руб). Можно применить ключи на классических мостах на диодах шотки, но вызывает трудность схема генератора импульсов длительностью порядка 40 - 100 нс. Можно посмотреть "классическую" реализацию семплера от тектроникса на диоде с накоплением заряда.

Еще одна любительская конструкция описана здесь . Идея достаточно понятна, но для изготовления самого устройства не обойтись без хороших измерительных приборов.

И как логическое развитие - осциллографы на более мощных контроллерах (ARM) и ПЛИС, с использованием внешних быстродействующих АЦП. Это уже не дешевые по комплектации конструкции, и стоит задуматься о целесообразности - не легче купить за 8 т.р. готовый lowend осциллограф?

Пока для решения задач достаточно собранного пробника, но все чаще посматриваю на платки разработчика на STM32 (АЦП 12 бит, и ЦАП на борту, и стоимость невысокая).