Все больше устройств для радиолюбителя можно сделать на базе ПК. Тем более, что обычные приборы, стоят очень дорого. Поскольку портативный компьютер сегодня есть у каждого - представляем приставку-осциллограф с использованием USB порта ПК, который работает на частоте до 10 кГц ±16V входного напряжения. USB осциллограф использует микроконтроллер PIC18F2550, который позволяет сделать осциллограф компактных размеров, к тому же нет необходимости использовать дополнительный источник питания.

Принципиальная схема usb осциллографа

В основе этого несложного осциллографа USB 2.0-совместимый микроконтроллер Microchip PIC18F2550. Вы также можете использовать IC18F2445 в место PIC18F2550. Технические характеристики микроконтроллера 18F2550:

Программирование

• 1. До 32 Кб флэш-памяти, 2 Кб ОЗУ и 256 байт EEPROM.
• 2. Расширенный набор инструкций (оптимизация ‘C’ компилятор).
• 3. 8х8 (single-cycle multiplier).
• 4. Single-supply последовательного программирования и простота отладки.

USB приемопередатчик

• 1. USB 1.1 и 2.0 от 1.5 Мб/с до 12 Мб/сек
• 2. Равномерная передача данных.
• 3. 1 kB доступа оперативной памяти, которые можно использовать с 32 конечных точек (64 байта каждый).

Генератор и режимы питания

• 1. От внутреннего 31 кГц - внешними 48 МГц с PLL
• 2. Возможно программное переключение между ‘run’ и ‘idle’ в спящих режимах. В спящем режиме ток до 0.1 мкА.
• 3. Широкий диапазон напряжения питания (от 2,0 в до 5,5 в).

Полный набор классических периферийных устройств

• 1. Несколько вход/выход (I/O) портов, четыре таймера с захватом.
• 2. Синхронные и асинхронные расширенные модули.
• 3. Потоковый параллельный порт.
• 4. 10-битный АЦП модуль с 13-канальным мультиплексором.

Печатная плата прибора

Печатная плата для двух-канального осциллографа на базе ПК, показана на рисунке. USB-разъем (CON1) должны быть надежно припаян и закреплён на плате. Он расположен на крайнем правом участке. Два BNC-разъема может быть использованы для входных сигналов для каналов "1" и "2" соответственно. Разъемы могут быть установлены на передней панели корпуса. Производительность осциллографа может быть улучшена путем изменения PIC и его АЦП на более быструю модель. Файлы проекта есть в архиве .

Данный микроконтроллер имеет USB 2.0-совместимый приемопередатчик и его процессор работает со скоростью до 12 MIPS. На схеме показана схема двух-канального осциллографа. Микросхема MCP6S91 - это аналоговый усилитель с программируемым коэффициентом усиления, который хорошо подходит для драйверов аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и аналогового входа для PIC микроконтроллеров. Два усилителя MCP6S91 с программируемым коэффициентом усиления (IC4 и IC5) позволяют выбрать входные диапазоны для каждого из двух каналов, выбрав от 1:1 до 32:1. Они маленькие, дешевые и простые в использовании. Простой трехпроводной последовательный периферийный интерфейс (SPI) позволяет PIC контролировать их через контакты 5, 6 и 7.

Единственным недостатком является то, что эти усилители принимают только положительные по полярности сигналы. Поэтому напряжение смещения усилителей LF353 (IC2A и IC3A) используются по одному для каждого канала ввода. На LF353 выполнен JFET усилитель с внутренней компенсацией входного напряжения смещения, что обеспечивает широкую полосу пропускания, низкие входные токи смещения и смещения токов. Как результат - высокое входное сопротивление и коэффициент ослабления.

Две половинки микросхемы LF353 (IC2B и IC3B) используются чтобы обеспечить низкий импеданс сдвига напряжения (Vref) для программируемых усилителей. Это напряжение должно быть точно настроено двумя 4.7-ком резисторами для точного измерения 2,5 в уровень на входах IC2 и IC3. Так как операционным усилителям LF353 необходимо симметричное напряжение питания, небольшой DC-DC преобразователь напряжения ICL7660 (IC1) используется для этих целей. Микросхему ICL7660 можно заменить на MAX1044.

Программное обеспечение

Программа для микроконтроллера написана на языке "C". MPLAB 8.70 вместе с MPLAB_C18 используется в качестве программного средства разработки. Программное обеспечение можно бесплатно загрузить с веб-сайта www.microchip.com. Все операции инициируются хостом (ПК), который заканчивается на 16 байт команды. Первый байт команды определяет действия. Четыре возможных действия:

• 1. Команда 80h: очищает EEPROM памяти калибровочных
• 2. Команда 81h: принимает параметры, и усиления компенсации ошибок для двух каналов.
• 3. Команда 83h: инициирует калибровку нуля последовательности, первый байт команды определяет действия МК.
• 4. Команда 80h: очищает EEPROM памяти
• 5. Команда 81h: принимает параметры, и усиление компенсации ошибок для двух каналов.
• 6. Команда 83h: инициирует калибровку нуля последовательности из двух каналов.

Установка USB-драйвера

1. Подключите осциллограф с USB-кабелем к компьютеру. “Обнаружено новое оборудование-USB2-MiniOscilloscope” - должна отображаться на экране. Обратите внимание: драйвер для этого осциллограф не для windows 7 или vista.
2. Теперь вы можете начать процесс установки драйвера . Целью является выбор драйвера (mchpusb.inf ) по пути на нужное место. Не позволяйте Windows поставить универсальный драйвер по умолчанию.
3. Когда вы закончили с установкой, зайдите в "диспетчер устройств" и проверьте, есть ли USB2-MiniOscilloscope в разделе "другие устройства". В противном случае, повторите шаги 1 и 2.

Этот простой и дешёвый USB осциллограф был придуман и сделан просто ради развлечения. Давным давно довелось чинить какой-то мутный видеопроцессор, в котором спалили вход вплоть до АЦП. АЦП оказались доступными и недорогими, я купил на всякий случай парочку, один пошёл на замену, а другой остался.

Недавно он попался мне на глаза и почитав документацию к нему я решил употребить его для чего-нибудь полезного в хозяйстве. В итоге получился вот такой приборчик. Обошёлся в копейки (ну рублей 1000 примерно), и пару выходных дней. При создании я постарался уменьшить количество деталей до минимума, при сохранении минимально необходимой для осциллографа функциональности. Сначала я решил, что получился какой-то уж больно несерьёзный аппарат, однако, сейчас я им постоянно пользуюсь, потому что он оказался весьма удобным - места на столе не занимает, легко помещается в карман (он размером с пачку сигарет) и обладает вполне приличными характеристиками:

Максимальная частота дискретизации - 6 МГц;
- Полоса пропускания входного усилителя - 0-16 МГц;
- Входной делитель - от 0.01 В/дел до 10 В/дел;
- Входное сопротивление - 1 МОм;
- Разрешение - 8 бит.Принципиальная схема осциллографа показана на рисунке 1.

Для разных настроек и поиска неисправностей во всяких преобразователях питания, схемах управления бытовой техникой, для изучения всяких устройств и т.д., там где не требуются точные измерения и высокие частоты, а нужно просто посмотреть на форму сигнала частотой, скажем, до пары мегагерц - более чем достаточно.

Кнопка S2 - это часть железа нужного для бутлоадера. Если при подключении осциллографа к USB держать её нажатой, то PIC заработает в режиме бутлоадера и можно будет обновить прошивку осциллографа при помощи соответствующей утилиты. В качестве АЦП (IC3) была использована "телевизионная" микросхема - TDA8708A. Она вполне доступна во всяких "Чип и Дип"ах и прочих местах добычи деталей. На самом деле это не только АЦП для видеосигнала, но и коммутатор входов, выравниватель и ограничитель уровней белого - чёрного и т.д. Но все эти прелести в данной конструкции не используются. АЦП весьма шустр - частота дискретизации - 30 МГц. В схеме он работает на тактовой частоте 12 МГц - быстрее не нужно, потому что PIC18F2550 просто не сможет быстрее считывать данные. А чем выше частота - тем больше потребление АЦП. Вместо TDA8708A можно использовать любой другой быстродействующий АЦП с параллельным выводом данных, например TDA8703 или что-нибудь от Analog Devices.

Тактовую частоту для АЦП удалось хитрым образом извлечь из PIC"а - там запущен ШИМ с частотой 12 МГц и скважностью 0.25. Тактовый импульс положительной полярности проходит в цикле Q1 PIC"а так что при любом обращении к порту B, которое происходит в цикле Q2 данные АЦП будут уже готовы. Ядро PIC"а работает на частоте 48 МГц, получаемой через PLL от кварца 4 МГц. Команда копирования из регистра в регистр выполняется за 2 такта или 8 циклов. Таким образом, данные АЦП возможно сохранять в память с максимальной частотой 6 МГц при помощи непрерывной последовательности команд MOVFF PORTB, POSTINC0. Для буфера данных используется один банк RAM PIC18F2550 размером 256 байт.

Меньшие частоты дискретизации реализуются добавлением задержки между командами MOVFF. В прошивке реализована простейшая синхронизация по отрицательному или положительному фронту входного сигнала. Цикл сбора данных в буфер запускается командой от PC по USB, после чего можно эти данные по USB прочитать. В результате PC получает 256 8-битных отсчётов которые может, например, отобразить в виде изображения. Входная цепь проста до безобразия. Делитель входного напряжения без всяких изысков сделан на поворотном переключателе. К сожалению не удалось придумать как передавать в PIC положение переключателя, поэтому в графической морде осциллографа есть только значения напряжения в относительных единицах - делениях шкалы. Усилитель входного сигнала (IC2B) работает с усилением в 10 раз, смещение нуля, необходимое для АЦП (он воспринимает сигнал в диапазоне от Vcc - 2.41В до Vcc - 1.41В) обеспечивается напряжением с программируемого генератора опорного напряжения PIC (CVREF IC1, R7,R9) и делителем от отрицательного напряжения питания (R6,R10, R8). Т.к. в корпусе ОУ был "лишний" усилитель (IC2A), я использовал его как повторитель напряжения смещения.

Не забудьте про емкостные цепочки для частотной компенсации входной ёмкости вашего ОУ и ограничивающих диодов, которые отсутствуют на схеме - нужно подобрать ёмкости параллельно резисторам делителя и резистору R1, иначе частотные характеристики входной цепи загубят всю полосу пропускания. С постоянным током всё просто - входное сопротивление ОУ и закрытых диодов на порядки выше сопротивления делителя, так что делитель можно просто посчитать не учитывая входное сопротивление ОУ. Для переменного тока иначе - входная ёмкость ОУ и диодов составляют значительную величину по сравнению с ёмкостью делителя. Из сопротивления делителя и входной ёмкости ОУ и диодов получается пассивный ФНЧ, который искажает входной сигнал.

Чтобы нейтрализовать этот эффект нужно сделать так, чтобы входная ёмкость ОУ и диодов стала значительно меньше ёмкости делителя. Это можно сделать соорудив емкостной делитель параллельно резистивному. Посчитать такой делитель сложно, т.к. неизвестна как входная ёмкость схемы, так и ёмкость монтажа. Проще его подобрать.

Способ подбора такой:
1. Поставить конденсатор ёмкостью примерно 1000 пФ параллельно R18.
2. Выбрать самый чувствительный предел, подать на вход прямоугольные импульсы с частотой 1 кГц и размахом в несколько делений шкалы и подобрать конденсатор параллельно R1 так, чтобы прямоугольники на экране выглядели прямоугольниками, без пиков или завалов на фронтах.
3. Повторить операцию для каждого следующего предела, подбирая конденсаторы параллельно каждому резистору делителя соответственно пределу.
4. Повторить процесс с начала, и убедиться, что на всех пределах всё в порядке (может проявиться ёмкость монтажа конденсаторов), и, если что-то не так, слегка подкорректировать ёмкости.

Сам ОУ - это Analog Devices AD823. Самая дорогая часть осциллографа. :) Но зато полоса 16 МГц - что весьма неплохо.А кроме того, это первое из шустрого, что попалось в розничной продаже за вменяемые деньги.

Конечно же этот сдвоенный ОУ без всяких переделок можно поменять на что-то типа LM2904, но тогда придётся ограничится сигналами звукового диапазона. Больше 20-30 кГц оно не потянет.

Ну и форму прямоугольных, например, сигналов будет слегка искажать. А вот если удастся найти что-то типа OPA2350 (38МГц) - то будет наоборот замечательно.

Источник отрицательного напряжения питания для ОУ сделан на хорошо известной charge-pump ICL7660. Минимум обвязки и никаких индуктивностей. Ток по выходу -5 В конечно у неё невелик, но нам много и не надо. Цепи питания аналоговой части изолированы от помех цифры индуктивностями и ёмкостями (L2, L3, C5, C6). Индуктивности попались номиналом 180 uГн, вот их и поставил. Никаких помех по питанию даже на самом чувствительном пределе. Прошивка PIC заливается по USB с помощью бутлоадера который сидит с 0-го адреса в памяти программ и запускается если при включении удерживать нажатой кнопку S2. Так что прежде чем прошивать PIC - залейте туда сначала бутлоадер - будет проще менять прошивки.
Исходники драйвера осциллографа для ядер 2.6.X находятся в архиве с прошивкой. Там же есть консольная утилитка для проверки работоспособности осциллографа. Её исходники стоит посмотреть, чтобы разобраться как общаться с осциллографом, если хочется написать для него свой софт.
Программа для компьютера проста и аскетична, ее вид показан на рисунках 2 и 3. Подключить осциллограф к USB и запустить qoscilloscope. Требуется QT4.

Во вложении- все файлы к проекту

Измерительная техника

Карманный осциллограф до 1 МГц

Заменив в карманном осциллографе, описанном в , микроконтроллер PIC16F873A на PIC18F4550 , а операционный усилитель К140УД608 на микросхему аналогового видеоинтерфейса ТDA8708A , удалось уменьшить длительность развёртки в 150 раз, до 21 мкс на всю ширину экрана, а максимальную частоту входного сигнала увеличить до 1 МГц. Это значительно расширило возможности осциллографа.

Основные технические характеристики

Напряжение отклонения луча на всю высоту экрана, В................0,2; 1; 3; 10; 30; 100

Максимальная частота исследуемого сигнала, МГц........1

Длительность горизонтальной развёртки, мкс.......21, 170, 1000, 10-103, 30-103, 100-103, 300-103, 106

Разрешение экрана, пкс......128x64

Напряжение питания, В............5

Потребляемый ток, мА...........115

Размеры, мм..............80x62x30

Масса, г........................110

Схема осциллографа изображена на рис. 1. Входной сигнал поступает на вывод 20 (ADCIN - вход АЦП) микросхемы DA1 (TDA8708A). Для запуска её АЦП микроконтроллер DD1 формирует на выводе 17 тактовые импульсы. Двоичные коды отсчётов сигнала поступают на порт В микроконтроллера DD1, который согласно программе записывает их в оперативную память, а затем отображает на графическом ЖКИ HG1 в виде осциллограммы. Общее описание ЖКИ МТ-12864J-2FLA можно найти в , а о его использовании прочитать в .

Рис. 1. Схема осциллографа

На рис. 2 изображена осциллограмма сигнала частотой 100 кГц. Переменным резистором R6 смещают линию развёртки по вертикали, устанавливая её в наиболее удобное для наблюдения осциллограммы положение. Подборкой резистора R12 добиваются наилучшей контрастности изображения на экране ЖКИ.

Рис. 2. Осциллограмма сигнала частотой 100 кГц

Развёртка осциллографа работает в режиме однократного запуска нажатием на кнопку SB1. Нажимая на кнопку SB2, изменяют длительность развёртки. После каждого нажатия этой кнопки на экран некоторое время выводится значение новой длительности развёртки (рис. 3).

Рис. 3. Значение новой длительности развёртки

Программу микроконтроллера можно скачать .

Литература

1. Пичугов А. Карманный осциллограф.- Радио, 2013, № 10, с. 20, 21.

2.PIC18F2455/2550/4455/4550 Data Sheet. - URL: http://ww1.microchip.com/downloads/ en/DeviceDoc/39632e.pdf (22.04.15).

3. Яценков В. С. Микроконтроллеры Microchip с аппаратной поддержкой USB. - М.: Радио и связь, 2008.

4. TDA8708A. Video analog input interface. - URL: http://doc.chipfind.ru/pdf/philips/tda 8708a.pdf (21.05.15).

5. Жидкокристаллический модуль MT-12864J. - URL: http://www.melt.com.ru/ files/file2150172.5.pdf (22.04.15).

6. Милевский А. Использование графического ЖКИ МТ-12864А с микроконтроллером фирмы Microchip. - Радио, 2009, № 6, с. 28-31.

Дата публикации: 06.11.2015

Мнения читателей

• admin / 18.04.2017 - 14:35
  Проблема на фтп сервере, откуда идет раздача. Я думаю это временное явление, попробуйте чуть позже скачать.

Осциллограф это прибор, помогающий увидеть динамику колебаний. С его помощью можно диагностировать различные поломки и получать необходимые данные в радиоэлектронике. Раньше применялись осциллографы на транзисторных лампах. Это были весьма громоздкие приборы, которые подключались исключительно к встроенному или разработанному специально для них экрану.

Сегодня приборы для снятия основных частотных, амплитудных характеристик и формы сигнала представляют собой удобные портативные и компактнее устройства. Часто их выполняют как отдельную приставку, подключающуюся к компьютеру. Этот манёвр позволяет убрать из комплектации монитор, существенно снизив стоимость оборудования.

Как выглядит классический прибор можно увидеть, рассмотрев фото осциллографа в любой поисковой системе. В домашних условиях также можно смонтировать это устройство, используя недорогие радиодетали и корпуса с другого оборудования для более презентабельного вида.

Как можно получить осциллограф

Оборудование можно заполучить несколькими способами и все зависит исключительно от размера денежных средств, которые можно потратить на приобретение оборудования или деталей.

• Купить готовый прибор в специализированном магазине или заказать его по сети;
• Купить конструктор, например, широкой популярностью сейчас пользуются наборы радиодеталей, корпусов, которые продаются на китайских сайтах;
• Самостоятельно собрать полноценный портативный прибор;
• Смонтировать только приставку и щуп, а подключение организовать к персональному компьютеру.

Эти варианты приведены в порядке снижения затрат на оборудование. Покупка готового осциллографа будет стоить дороже всего, так как это уже доставленный и работающий блок со всеми необходимыми функциями и настройками, а в случае некорректной работы можно обратиться в центр продажи.

В конструктор входит схема простого осциллографа своими руками, а цена снижается за счет оплаты только себестоимости радиодеталей. В этой категории также необходимо различать более дорогие и простые по комплектации и функционалу модели.

Сборка прибора самому по имеющимся схемам и приобретенных в разных точках радиодеталях не всегда может оказаться дешевле, чем приобретение конструктора, поэтому необходимо предварительно оценивать стоимость затеи, ее оправданность.

Наиболее дешевым способом заполучить осциллограф станет спаять только приставку к нему. Для экрана использовать монитор компьютера, а программы для снятия и трансформации получаемых сигналов можно скачать с разных источников.

Конструктор осциллографа: модель DSO138

Китайские производители всегда славились умением создавать электронику для профессиональных потребностей с очень ограниченным функционалом и за довольно небольшие деньги.

С одной стороны такие приборы не способны полностью удовлетворить ряд потребностей человека, занимающегося радиоэлектроникой в профессиональном русле, однако начинающим и любителям таких «игрушек» будет более, чем достаточно.

Одной из популярных моделей китайского производства типа конструктор осциллографа считается DSO138. Прежде всего, у этого прибора невысокая стоимость, а поставляется он со всем комплектом необходимых деталей и инструкций, поэтому как правильно сделать осциллограф своими руками, используя имеющуюся в комплекте документацию вопросов возникать не должно.

Перед монтажом нужно ознакомиться с содержимым упаковки: плата, экран, щуп, все нужные радиодетали, инструкция для сборки и принципиальная схема.

Облегчает работу наличие практически на всех деталях и самой плате соответствующей маркировки, что действительно превращает процесс в собирание детского конструктора взрослым. На схемах и инструкции хорошо видно все нужные данные и можно разобраться, даже не владея иностранным языком.

На выходе должен получиться прибор с такими характеристиками:

• Напряжение на входе: DC 9V;
• Максимальное напряжение на входе: 50 Vpp (1:1 щуп)
• Потребляемый ток 120 мА;
• Полоса сигнала: 0-200KHz;
• Чувствительность: электронное смещение с опцией вертикальной регулировки 10 мВ / дел - 5В / Div (1 - 2 - 5);
• Дискретная частота: 1 Msps;
• Сопротивление на входе: 1 MОм;
• Временной интервал: 10 мкс / Div - 50s / Div (1 - 2 - 5);
• Точность замеров: 12 бит.

Пошаговая инструкция сборки конструктора DSO138

Следует рассмотреть более детально подробные инструкции для изготовления осциллографа данной марки, ведь аналогичным образом осуществляется сборка других моделей.

Стоит отметить, что в данной модели плата поставляется сразу с впаянным 32-битным на M3 ядре микроконтроллере марки Cortex™. Работает он два 12-битных входа с характеристикой 1 μs и работает в максимальном частотном диапазоне до 72 МГц. Наличие этого девайса уже вмонтированным несколько облегчает задачу.

Шаг 1. Удобнее всего начинать монтаж с smd компонентов. Нужно учитывать правила при работе с паяльником и платой: не перегревать, держать не дольше 2 с, не смыкать между собой разные детали и дорожки, пользоваться паяльной пастой и припоем.

Шаг 2. Припаять конденсаторы, дросселя и сопротивления: нужно вставлять указанную деталь в отведенное на плате для нее место, отрезаем лишнюю длину ножки и запаиваем на плате. Главное не перепутать полярность конденсаторов и не сомкнуть паяльником или припоем соседние дорожки.

Шаг 3. Монтируем оставшиеся детали: переключатели и разъемы, кнопки, светодиод, кварц. Особенное внимание следует уделить стороне диодов и транзисторов. Кварц имеет металл в своем строении, потому нужно обеспечить отсутствие прямого контакта его поверхности с дорожками платы или позаботиться о диэлектрической подкладке.

Шаг 4. 3 разъема припаиваются к плате дисплея. После завершения манипуляций с паяльником нужно плату промыть спиртом без вспомогательных средств – никаких ваток, дисков или салфеток.

Шаг 5. Просушить плату и проверить насколько качественно была проведена пайка. Прежде, чем подсоединить экран, нужно припаять две перемычки к плате. В этом пригодятся имеющиеся откушенные выводы деталей.

Шаг 6. Для проверки работы нужно включить прибор в сеть с током от 200 мА и напряжением 9 В.

Проверка заключается в снятии показателей с:

• Разъема 9 В;
• Контрольной точки 3,3 В.

Если все параметры соответствуют нужным значениям, нужно отключить прибор от питания и установить JP4 перемычку.

Ша г 7. В 3 имеющихся разъему нужно вставить дисплей. К входу нужно подключить щуп для осциллографа, своими руками провести включение питания.

Результатом правильной установки и сборки станет появление на дисплее его номера, типа прошивки, ее версии и сайта разработчика. Спустя несколько секунд можно будет наблюдать синусоидные волны и шкалу при выключенном щупе.

Приставка для компьютера

При сборке этого простого прибора понадобится минимальное количество деталей, знаний и навыков. Принципиальная схема очень простая, разве, что нужно будет изготовить самому плату для сборки прибора.

Размеры приставки к осциллографу своими руками будет примерно как коробок для спичек или немножко больше, поэтому лучше всего использовать такого размера пластиковую емкость или бокс от батареек.

Поместив в него собранный прибор с готовыми выходами, можно приступать к организации работы с монитором компьютера. Для этого следует скачать программы «Осциллограф» и «Soundcard Oscilloscope». Можно протестировать их работу и выбрать ту, что понравилась больше.

Подключенный микрофон также сможет ретранслировать на подключенный осциллятор звуковые волны, программа будет отражать изменения. Подключается такая приставка к микрофонному или линейному входу и не требует никаких дополнительных драйверов.

Фото осциллографов своими руками

Все чаще и чаще используются приборы подключаемые к компьютеру по USB. Часто они бывают дешевле и функциональнее обычных приборов. В этой статье описано создание USB осциллографа с максимальной частотой 10 кГц при входном напряжении ± 16В. Он гораздо лучше других подключаемых к компьютеру осциллографов. Имеет гораздо больше возможностей, чем ПК-осциллографы. В качестве основы использован микроконтроллер PIC18F2550. Питание берётся непосредственно с USB порта, что делает осциллограф компактнее.

Описание схемы

В основе этого USB 2.0 осциллографа лежит микроконтроллер PIC18F2550. Вы можете использовать PIC18F2445 вместо PIC18F2550.

Характеристики PIC18F2550:
1. 32 Кб флэш-памяти, 2 Кб оперативной памяти и 256 байт EEPROM
2. Расширенный набор команд (оптимизированный для «С»)
3. 8x8 однотактный умножитель
4. Простая прошивка и отладка
5. USB 1.1 и 2.0 от 1,5 Мб/с до 12 Мб/с
6. Несколько режимов передачи по USB
7. 1 Кбайт доступной RAM с 32 конечными точками (64 байт каждая)
8. Работа с частотой от внутреннего генератора от 31 кГц и до 48 МГц с внешним кварцем.
9. Возможность программного переключения между «быстрым», «нормальным» и спящим режимами. В спящем режиме, ток потребления 0,1 мкА.
10. Широкий диапазон рабочих напряжений (от 2,0 В до 5,5 В).
11. Несколько портов ввода/вывода (I / O), четыре таймера с возможностью захвата /сравнения.
12. Синхронные и асинхронные модули расширения
13. Потоковый параллельный порт
14. 10-разрядный АЦП с 13-канальным мультиплексором.

На рисунке выше показана схема двухканального USB осциллографа. MCP6S91 является аналоговым усилителем с программируемым коэффициентом усиления. Он хорошо подходит для использования в АЦП и подачи сигнала на аналоговый вход микроконтроллера. Два программируемых усилителя (IC4 и IC5) позволяют выбрать входной диапазон для каждого из двух каналов, изменяя его от 1:1 до 32:1. Усилители небольшие, дешевые и простые в использовании. Простой трехпроводной последовательный интерфейс SPI позволяет микроконтроллеру управлять ими через выводы 5, 6 и 7.

MCP6S91 разработан с использование КМОП устройств ввода. Он не инвертирует выходной сигнал, когда входное напряжение превышает напряжение питания. Максимальное входное напряжение этого усилителя от -0.3V (VSS) до +0,3 В (VDD). Повышенное входное напряжение может вызвать чрезмерный ток из входных контактов. Ток более ± 2 мА может привести к поломке микросхемы. При подаче большего тока на входе должен быть токоограничительный резистор. Напряжение на выводе 3, который является аналоговым входом, должно быть между VSS и VDD. Напряжение на этом выводе меняет выходное напряжение. Выводы SPI интерфейса это выбор кристалла (CS), последовательный вход (SI) и последовательная частота (SCK). Выходы КМОП это триггер Шмитта.

Единственным недостатком является то, что эти усилители принимают только положительные сигналы. Вот почему используется напряжение сдвига усилителей LF353 (IC2A и IC3A). LF353 является операционным усилителем с внутренней компенсацией смещения входного напряжения. Этот ОУ имеет широкую полосу пропускания, низкий входной ток. Напряжение сдвига усилителя приводит к высокому входному сопротивлению и коэффициенту уменьшения 1:4.5. ± 16В входного сигнала переходят в 0-5В диапазон.

LF353 (IC2B и IC3B) используются для обеспечения напряжения смещения (Vref) для программируемых усилителей. Это напряжение должно быть точно отрегулировано двумя 4,7 кОм потенциометрами. На входах IC2 и IC3 должно быть 2.5В, когда вход на GND.

LF353 нужны одинаковые напряжения питания, поэтому используется маленький DC-DC преобразователь напряжения ICL7660 (IC1). Ему необходимо лишь два электролитических конденсатора. ICL7660 можно заменить MAX1044.

Последовательная шина

Все данные передаются на D + / D- симметричные входы с переменной скоростью. Положение резистора (R13) на D + или D- позволяет регулировать скорость от 12Мбит до 1.5Мбит. Обратите внимание, что PIC18F2550/2455 имеют встроенные подтягивающие резисторы. Использование UPUEN (UCFG = 4) позволяет использовать их. В этом проекте R13 не используется. Внешние подтягивающие резисторы также могут быть использованы. Сопротивление резистора должно быть в 1,5 Ком (± 5%) в соответствии с требованиями USB.

Программа микроконтроллера

Программа для микроконтроллера написана на "C" в MPLAB 8,70. Его можно бесплатно загрузить с сайта www.microchip.com. Программа для МК основана на готовых примерах с сайта Microchip и сосредоточена на опросе USB. Этот цикл никогда не останавливается, и каждая операция USB осуществляется за один подход. Все операции, которые инициируются ПК состоят из 16-байтных команд.
Первый байт команды определяет тип действия.
1. Команда 80h: Очищает память EEPROM от значений калибровки
2. Команда 81h: Получает параметры, и настраивает необходимую компенсацию для двух каналов.
3. Команда 83h: Вызывает калибровку каналов.

Установка драйвера

1. Если все в порядке, подключите осциллограф с помощью кабеля USB к компьютеру (с операционной системой Windows 98SE и выше). Должно появится диалоговое окно "Обнаружено новое устройство"
ПРИМЕЧАНИЕ: Драйвер для этого осциллографа не работает на Windows 7 или Vista.

2. Теперь вы можете запустить установку драйвера. Для загрузки драйвера, нажмите здесь. Не позволяйте Windows установить стандартный драйвер.

3.Когда вы всё сделали, перейдите в "Диспетчере устройств" и убедитесь, что "USB2-MiniOscilloscope" распознается. Если его там нет, повторите шаги 1 и 2.

Пользовательский интерфейс программы

Пользовательский интерфейс программы написан на Visual Basic 6 и называется OscilloPIC. Нажмите для закачки.

Программа выглядит как маленький цифровой осциллограф, что показано на скриншоте выше. Различные настройки в строке меню:
1. Inputs: выбор активных каналов
2. Sampling: настройка частоты снятия показаний
3. Trigger: настраивает синхронизацию
4. Cursors: выбор горизонтальной или вертикальной позиции сигнала
5. Num: показывает дискретные значений в формате текстового файла
6. Config: настройка усиления и смещения

Перед началом работы с осциллографом необходимо провести калибровку. Нажмите кнопку channels calibration в разделе "Config". Подайте на вход осциллографа известный сигнал. Нажмите кнопку "Пуск". Сигнал будет отображаться на экране монитора. По умолчанию время одного деления составляет 200 мкс. Амплитуда 4В на деление. Вы можете установить эти параметры в соответствии с вашими требованиями.

Тесты и калибровка

Первый шаг заключается в корректировке смещения. Подсоедините два аналоговых входа на GND и подстройте два 4,7 кОм потенциометра, пока на выводе 2 обоих MCP6S21 не будет 2,5В. Более точная настройка может быть достигнута за счет OscilloPIC. Выберите наименьшее значение калибровки в пределах ± 0,5 для обоих входов.

Команда «калибровка нуля» сообщает ПИК о необходимости начать свою собственную внутреннюю компенсацию для всех калибровок. Не забудьте подключить входы на землю.

Второй параметр требующий настройки - это ошибки усиления. Нажав кнопку "калибровка усиления", можно указать небольшой поправочный коэффициент. Это можно сделать после нескольких измерений. Вы должны знать реальные параметры сигнала и добиться от осциллографа аналогичных показаний. Погрешность усиления составляет менее 0,1 процента. Для двух каналов минимальная выборка составляет 10мкс.

Сборка

Макет схемы собранный на макетной плате

Размер печатной платы осциллографа можно оценить на фотографии. Поскольку схема довольно проста, сборка не должна вызвать затруднений.

Для подачи входного сигнала могут быть использованы BNC разъёмы. Разъёмы для них могут быть установлены на передней панели. Осциллограф может быть улучшен путем замены PIC и АЦП на более быстрые модели, например на AD9238 (20 MS/с). Это быстрый параллельный АЦП можно использовать вместе с DSP PIC.

ПРИМЕЧАНИЕ: Плата оптимизирована для изготовления в домашних условиях(дорожки специально сделаны толстыми). Если вы можете сделать более тонкие дорожки, вы можете уменьшить их толщину.

Скачать прошивку, ПО для ПК, файлы печатных плат в Eagle

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	Микросхема	ICL7660	1			В блокнот
IC2, IC3	Операционный усилитель	LF353	1			В блокнот
IC4, IC5	Микросхема	MCP6S91	1			В блокнот
IC6	МК PIC 8-бит	PIC18F2550	1			В блокнот
R1, R9	Резистор	82 кОм	2	0.25 Вт		В блокнот
R2, R8	Резистор	33 кОм	2	0.25 Вт		В блокнот
R4, R5, R15	Резистор	1 МОм	3	0.25 Вт		В блокнот
R6, R7	Резистор	220 кОм	2	0.25 Вт		В блокнот
R10, R11	Резистор	150 кОм	2	0.25 Вт		В блокнот
R12, R13, R16	Резистор	1 кОм	3	0.25 Вт		В блокнот
R14	Резистор	1.5 кОм	1	0.25 Вт		В блокнот
VR1, VR2	Резистор подстроечный	4.7 кОм	2			В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	10 мкФ 16В	1