Кишеньковий осцилограф "Лорі" на мікроконтролері STM32F103. NM8020Цифровий осцилограф Що потрібно для складання

Максим Керімов
Грудень 2016 р.

Постановка задачі

Зробити найпростіший кишеньковий осцилограф із мінімальними витратами часу та коштів.

Список компонентів

Китайський клон плати "Maple Mini" із мікроконтролером STM32F103C8T6 (AKA Blue Pill board).
Дисплей 1.8 TFT 128x160 SPI із драйвером ST7735.
П'ять резисторів і два конденсатори (рис. 3).
Лінійний регулятор з малим падінням напруги AMS1117-3.3 (за бажанням).
Щуп-затискач "пінцет" - 2 шт.
Кнопка мініатюрна нормально розімкнена без фіксації, з клацанням.

Мал. 1. Тестовий запуск осцилографа. Синусоїда згенерована саунд бластером, від того ступінчаста.

Характеристики

7 діапазонів з ціною поділу (клітини): 7 µS, 28 µS, 113 µS, 559 µS, 2 mS, 10 mS, 20 mS.
Чутливість: 0.25 та 1.0 В/поділ.
Максимальна амплітуда вхідного сигналу: 6 ст.
Вхідний опір: 20 kΩ.
Живлення: 4 акумулятори АА.
Споживаний струм: 80 mA.

Сигнал якої частоти можна побачити?

Теоретично можна побачити 477 кГц. Відрізнити меандр від пилки теоретично можна на частотах 350 кГц і нижче. Майже ж, більш-менш зручно можна спостерігати сигнали до 200 кГц. Розмір клітини: 20 x 20 px.

"Частота розгортки" нашого осцилографа залежить від швидкодії АЦП. У STM32F103 розрядність АЦП фіксована і дорівнює 12. Це в півтора рази більше, ніж потрібно. У STM32F407, наприклад, розрядність можна зменшити, що скоротить час вимірів. Але це вже інша історія з іншим бюджетом.

Мал. 2. Підключення дисплея.

Мал. 3. Живлення та вхідний ланцюг.

Дільник напруги R1-R2 служить контролю рівня заряду акумуляторів. У правому верхньому кутку екрану – піктограма батарейки, як на мобільному телефоні (на фото відсутня).

Зовнішній регулятор напруги потрібний не завжди. На платі мікроконтролера є свій регулятор 3.3 100 мА. Якщо живитиме дисплей від нього, буде грітися. На платах іншого типу (STM Smart V2 board - з великим роз'ємом JTAG) стоїть саме AMS1117, для них зовнішній не потрібен. На деяких дисплеях також є AMS1117 (і перемичка). Вирішуйте самі.

Послідовно з акумуляторами є сенс поставити вимикач живлення ПД9-1 або аналогічний.

Якщо є бажання збільшити розмір свого імпедансу, на вхід можна додати повторювач, що не інвертує, на ОУ, що дозволить досягти значення 1 MΩ і більше. Живити ОУ слід безпосередньо від акумуляторів напругою 4.8 – 5.4 В.

Принцип дії

Половина тексту програми – це всілякі ініціалізації. Принцип дії цифрового осцилографа простий і очевидний.

АЦП здійснює серію безперервних послідовних вимірювань рівня сигналу. Отримані значення складаються пам'ять засобами DMA. Щоразу ми засікаємо час та визначаємо тривалість серії вимірів. Так ми дізнаємося ціну поділу осі часу.

Аналізуючи записані значення рівня сигналу, шукаємо перший екстремум, після чого малюємо сигнал на екрані. Так ми намагаємося зробити подібність до синхронізації. Вона непогано працює на гладких сигналах і практично марна на широкосмугових.

Даємо користувачеві насолодитися картинкою протягом однієї секунди, самі опитуємо кнопку. Короткочасне натискання кнопки перемикає діапазони по колу. Довге натискання змінює чутливість. Потім все повторюється.

Для компіляції використовую середовище CooCox CoIDE. Не виклав сюди Кокс-проект, оскільки містить абсолютні шляхи до файлів. Простіше створити новий, ніж правити всі шляхи. Після створення проекту не забудьте підключити бібліотеки: RCC, GPIO, DMA, SPI, TIM, ADC.

Як створити CooCox CoIDE проект

Запускаємо IDE. З меню: Project > New Project
Вводимо ім'я, запам'ятовуємо, де лежить проект.
Вибираємо "Board", тиснемо "Next>"
STM32 > STM32F103x > STM32F103C8T6 Core Development Board
У вікні "Repository" вибираємо вкладку "Peripherals", підключаємо бібліотеки (див. мал.)
Щоб Кокс не лаявся на stdio.h, задаємо: View > Configuration > Link > Library: "Use Base C Library".
Розпаковуємо завантажені файли в папку проекту.
Тиснемо "F7" .
Радіємо.
Щоб автор потішився вашому тріумфу, переводимо йому 50 рублів на пиво.

Прошивав за допомогою програматора-налагоджувача ST-Link V2. Можна і без нього через USB-Serial адаптер.

Найкраще один раз побачити... форму сигналу

Є в наявності

Купити оптом

Комплектом дешевше

Набір компонентів для складання справжнього цифрового осцилографа з LCD-екраном, компактного, але дуже функціонального. Час захоплюючого збирання в середньому 4 години. Осцилограф починає працювати відразу після збирання. Буде незамінним помічником у домашній лабораторії радіоаматора, як у стаціонарному варіанті, так і носимому.

Технічні характеристики

Особливості

зроблений на базі професійних розробок вбудованих осциллографів
можливе доопрацювання програмного забезпечення, проект відкритий
великі можливості при малих розмірах та ціні

додаткова інформація

Параметри осцилографа:

Максимальна частота дискретизації: 1Msps
Точність: 12Bit
Глибина буфера вимірів: 1024 bytes
Аналоговий діапазон частот: 0 – 200KHz
Вертикальна чутливість: 10mV / Справ. - 5V / Справ. (1-2-5 прогресивна шкала)
Налаштування розташування лінії по вертикалі: так
Вхідний опір (Input impedance): 1MΩ/20pF
Максимальна вхідна напруга: 50V (1: 1 щуп), 400V (10: 1 щуп із дільником)
Перемикач режимів входу: DC/AC/GND
Час горизонтальної розгортки: 10μs/Справ. - 50s / Справ. (1-2-5 прогресивна шкала)
Синхронізація автоматична, по порозі та із захопленням по імпульсу
Варіанти налаштування порога синхронізації: по наростаючому фронту, по спадаючому
Налаштування порога синхронізації
Негативна затримка – можливість побачити форму сигналу до моменту спрацювання синхронізації.
Захоплення зображення на необмежений час (HOLD function)
Вбудований тестовий генератор 1kHz/3.3V прямокутного сигналу

Що потрібно для складання

Набір являє собою набір необхідних компонентів, друкованої плати та інструкції зі збирання. Вам знадобляться:
паяльник і трохи припою з флюсом
бокорізи
пінцет
приблизно годину-дві часу
мультиметр (бажано)

Порядок збирання

Спочатку повністю вивчіть інструкцію та обережно розкладіть компоненти по групах. Після цього почніть монтаж, дотримуючись простих правил:
місця встановлення компонентів на платі підписані і ці написи, як правило, збігаються з маркуванням на компопентах
резистори рекомендується перед встановленням виміряти за допомогою мультиметра, якщо є труднощі у розшифровці кольорового маркування
починати монтаж треба з нижчих та дрібних компонентів
дотримуватися напряму установки панелек для мікросхем та самих мікросхем
видаліть бокорізами зайві частини ніг компонентів з нижньої сторони плати

Підготовка до експлуатації

Для експлуатації приладу потрібно джерело живлення (не входить до комплекту)

Умови експлуатації

Рекомендується після складання встановити осцилограф у будь-який відповідний корпус

Технічне обслуговування

Дотримуйтесь полярності установки компонентів і не перегрівайте місця паяння вище допустимого.
Для якісного паяння використовуйте припій з флюсом або спиртовим розчином кніфолі
При монтажі користуйтеся захисними окулярами, оскільки при роботі бокорізами обрізки можуть пошкодити очі
при включенні прилад повинен лежати на діелектричній підкладці, наприклад, аркуші картону.

Питання та відповіді

А можна вже зібраний і є корпус для нього.
- Зібраного немає, зараз готується до випуску варіант із корпусом, роздрукованим на 3D принтері

У компанії моїх приладів поповнення :).
Я давно хотів собі таку іграшку. Повноцінним осцилографом називати його важко, є мінуси, але ці мінуси майже повністю компенсуються його низькою ціною.
Нещодавно був огляд цієї моделі, в даному огляді будуть лише невеликі доповнення і мій коментар.

Почати я хотів би з того, що хочу висловити величезну подяку сайту сайт за конкурси, які вона проводила, і ще більшу моїм читачам, які підтримували мене весь цей час.
Завдяки цьому я зміг купити дуже корисну для мене річ, яку планую використати для покращення інформативності моїх оглядів.
У зв'язку з цим цей огляд буде розміщений тільки на цьому сайті.

Зовсім недавно колега ksimanвикладав цього осцилографа, чому я написав цього, а не схожого, поясню трохи пізніше. У коментарях до його огляду я написав, що мені попався такий самий осцилограф, але за меншою ціною. На момент написання мого коменту він коштував 123 долари, зараз дорожче, але у продавця постійно якісь знижки, тому раджу кинути в кошик і почекати повідомлення про зниження ціни.

Ну і як завжди додаткові матеріали.
Бо хоч і говориться, що все, що потрапило в інтернет, звідти вже нікуди не пропадає.
Але я неодноразово зустрічав ситуації, коли необхідну інформацію вже неможливо знайти. Тому додаткові матеріали я розміщую на Яндекс диску, якщо хтось знає зручніше місце, буду радий пропозиціям.
У вкладенні російськомовна інструкція до приладу, його схема, а також дослідження його смуги пропускання (не мої).

Резюме
Плюси.
Хороше співвідношення ціни та можливостей.
Нормальна комплектація приладу, є все необхідне.
Завдяки наявності акумулятора, осцилограф може використовуватися будь-де, а не тільки біля розетки.
2 аналогових канали і 2 цифрових, а також наявність вбудованого функціонального генератора.
Міцний алюмінієвий корпус.
Можливість збереження скріншотів осцилограм.
Маленькі розміри.

Мінуси.
Щодо посередні характеристики, QDSO має характеристики краще (у плані частоти), але має свої недоліки, наприклад, він не має режиму АС (можна поставити послідовно з входом конденсатор) і має лише один канал. Мені для роботи більше підійшов DS203.
Незручно зроблений корпус, дуже не вистачає висувної ніжки, доведеться допилювати.
Управління залишає бажати кращого:(
Частотні характеристики відповідають дуже недорогим аналоговим осцилографам.

Моя думка.
Як заміна звичайному осцилографу навряд чи підійде, одне не скасовує інше. Саме для заміни треба брати апарати дорожче (наприклад, на порядок).
Звикати доведеться не тільки до управління, а й до особливостей роботи з цифровими осцилографами.
Бракує режиму емуляції звичайного осцилографа, коли інформацію несе і яскравість променя (спрощено).
Але загалом дуже зручна штука, можна покласти на столі та бачити все поряд перед очима, малі габарити (особливо порівняно з аналоговими осцилографами).
Можна було купити краще і дорожче, але якось останнім часом осцилографом користуюся рідко і великий аналоговий осцилограф, що стоїть на столі, став напружувати, тому вирішив обійтися цим. Може заодно вирішу для себе, чи варто мені купувати щось солідніше.
А аналоговий «не кину, бо він хороший»:)

Ну і насамкінець хочу привітати всіх користувачів сайту сайт з новим 2015 роком.
Бажаю всім у новому році бути веселими, щасливими, щоб покупки приносили лише радість, а погані продавці взагалі не траплялися.
Щоб курс і ціни завжди були низькими, а продавці хорошими, щоб покупки приходили швидко і цілими.
Ну і просто гарного та позитивного настрою, міцного здоров'я, нових друзів, кохання, удачі, щастя.

З Новим 2015 роком!

Планую купити +73 Додати в обране Огляд сподобався +82 +161