Осциллограф из монитора своими руками

Обновлено: 05.07.2024

В переводе осциллограф означает — качаюсь и пишу. Любой мастер, занимающийся ремонтом радио и электроаппаратуры, скажет, что этот прибор будет главным на его рабочем столе.

Устройство позволяет оценивать основные характеристики: напряжение, силу тока, частоту. Помимо этого, он визуализирует информацию в виде графика, что позволяет увидеть любые имеющиеся нарушения в работе сигнала. Например, это может быть наличие помех или искажение формы сигнала.

График отображён в виде координатной плоскости, на которой присутствуют оси Х и Y. Все сигналы, которые поступают на устройство, будут видны на этом графике. Выглядят они как привычная алгебраическая функция.

Осциллограф из компьютера — соответствует ли оборудование ПК требованиям

Если у вас современный персональный компьютер, оснащённый звуковой картой, к которому подключён монитор, этого уже достаточно. Конфигурация компьютера не имеет никакого значения, а также вместо стационарного ПК можно использовать ноутбук и даже нетбук.

ВАЖНО! Настройка вашего компьютера как осциллографа никак не помешает его остальным функциям – не придётся ничего добавлять внутрь самого ПК (это просто осциллограф-приставка к компьютеру) или критически изменять в программном обеспечении.

Требования безопасности

Реализация описываемого проекта предполагает проведение работ рядом с открытым телевизионным трансформатором и высоковольтными конденсаторами. Напряжение на магнетроне достигает 120 кВ! Чтобы исключить вероятность смертельного поражения электрическим током, нужно строго соблюдать надлежащие меры безопасности. Первым шагом к выполнению любых действий должно быть полное обесточивание прибора. Тут нельзя забывать и про высоковольтные конденсаторы. Поэтому защитный кожух высоковольтного блока снимается крайне осторожно. Важно не повредить проводов печатной платы и не прикоснуться к ее открытым контактам.

Далее нужно принудительно разрядить большие емкости (50 В и более). Это делается хорошо изолированной отверткой или пинцетом. Их контакты замыкаются между собой либо на корпус до полного разряда. Не стоит это делать на печатной плате, так как могут выгореть дорожки. Выполняя работы или испытывая прибор, позаботьтесь, чтобы недалеко находился кто-то из ваших близких, способный вызвать врача или оказать первую помощь.

Осциллограф своими руками

При наличии минимальных знаний в электронике, осциллограф можно изготовить самостоятельно. Например, изготовить его можно из монитора компьютера.

Что потребуется:

Монитор;
Инвертор и резистор;
Материнка от планшета;
Разъём ЮСБ;
Провод HDMI;
Провод толщиной 0,1 мм2;
Кнопка;
Скотч;

Удаление лишних узлов

В нашем случае использовался старый телевизионный приемник с 15-и дюймовым экраном и классическим UHF/VHF тюнером. Для создания осциллографа он не требуется, поэтому тюнер можно сразу удалить и забыть о его существовании. Также можно постепенно отключить один за другим лишние модули, проверяя, чтобы телевизор мог по-прежнему функционировать. Понадобится лишь основная плата и все, что подключено к кинескопу. Необходимо, чтобы он лишь отображал белый шум либо голубой экран. От остальных деталей можно просто освободить коробку.

На переделываемом телевизоре спереди стояло два потенциометра. Один из них служил для включения и регулировки громкости, а другой контролировал яркость. Были удалены оба: первый был заменен выключателем питания (большой красной кнопкой), второй пришлось установить на максимальную яркость и зафиксировать ее впайкой дополнительных сопротивлений в схему. Сразу стоит обратить внимание, что устройство со встроенным регулятором громкости для переделки не годится. Он усиливает сигнал, прикрепленный к телевизионному и искать усилитель придется на основной плате, а это вызовет дополнительные проблемы. Динамики на данном этапе также можно отключить.

Электрическая схема

Если вы всё же решили работать через самодельную приставку, то для осциллографа из компьютера своими руками потребуется схема. Схема эта достаточно простая и работа над ней для того, кто хотя бы раз занимался чем-то подобным, не составит никакого труда. Вам понадобятся инструменты и навыки базовой работы со схемами – соединения, теоретические знания.

ВАЖНО! Есть и более сложные схемы, но новичку лучше начать с элементарного варианта. Если первая попытка подойдёт для решения задачи, то для последующих проб сложность можно поднять, спаяв новую, более совершенную схему.

Настройка развертки

Дальнейшая часть работ наиболее опасна, так как будет выполняться при подключенном напряжении. Будьте особенно осторожны! Пробуем подключить источник сигнала на вертикальную отклоняющую катушку (это может быть МР3 плейер либо компьютерный выход на наушники). Чтобы отображалась одна частота на экране, постарайтесь генерировать стабильную тональность. При включенном телевизоре изолированной отверткой аккуратно потрогайте поочередно высоковольтные провода, выяснив, к каким изменениям на экране это приведет (за этим должен наблюдать ваш помощник или воспользуйтесь большим зеркалом).

Один из них будет влиять на частоту сканирования. На плате, где он заходит, нужно впаять подстроечное сопротивление (примерно 50-60 кОм). Убедившись в работоспособности узла, можно вывести ручку задействованного резистора из корпуса прибора. Даже безукоризненно выполненная горизонтальная частотная настройка не позволит видеть верхний диапазон, а лишь выведет форму волны прокрутки на экран. Также можно настроить имеющиеся кольцевые вкладки, расположенные вокруг узкой части трубы кинескопа. Обычно они имеют черный или темно серый цвет и также косвенно управляют конечным изображением.

Усиление входящего сигнала

Все, что было сделано до этого момента, позволило нам создать неплохой визуализатор входного сигнала. Достаточно гнездо для подключения iPod соединить с катушкой вертикального отклонения и звучащая музыка отобразится на экране. Но чтобы получить настоящий осциллограф, понадобится дополнительный усилитель (собрать его можно там, где размещался выброшенный UHF/VHF тюнер). Его идея была заимствована с нескольких тематических сайтов, с целью получения минимальной себестоимости и максимальной эффективности. За основу бралась разработка Павла Фальстада, а представленная печатная плата — доработанная схема двухтактного аудио усилителя.

Первым ОУ контролируется усиление входного сигнала по формуле R1/R2, где R1 – сопротивление, выбранное поворотным переключателем, R2 – горшок 1 мОм. Теоретически он способен усилить входной сигнал до 1 млн. раз (при имеющемся на вращающемся переключателе минимуме 1 Ом). Второй отслеживает, чтобы транзисторы получали необходимое напряжение для открытия переходов и компенсирует перекосы. Им нужно 0.7 В на раскрытие и 1.4 В на переключение.

Теперь можно подключить на выход телевизора встроенную акустическую систему. При чрезмерной громкости добавляют большое сопротивление нагрузки (например, 10 Ом 1 Вт), при недостатке звука сопротивление нагрузки ставят на отклоняющую катушку, после чего последнюю перекалибровывают. Чтобы защитить себя от излишних раздражающих звуковых сигналов в процессе просматривания необходимого сигнала входа, на динамик можно установить выключатель.

Инструкция по сборке

Первым делом нужно демонтировать крышку дисплея;
В корпусе необходимо сделать отверстие, в которое будет установлена кнопка и ЮСБ;
Имеющиеся разъёмы HDMI нужно выпаять;
Один конец провода HDMI припаивается к материнке в мониторе, второй к материнке планшета;

ВАЖНО! Прежде чем припаять плату, необходимо прозвонить её с помощью мультиметра. Так порядок подключения не будет перепутан.

С планшета выпаивается ЮСБ и кнопка питания;
К кнопке питания и разъёму ЮСБ припаиваются кабеля;
Провода крепятся на крышке устройства;
Между контактами GND и USB устанавливается перемычка;
Устанавливается резистор. Монтировать его нужно между средним и минусовым контактами батареи;
С помощью двустороннего скотча необходимо закрепить инвертор. Также крепится материнка;
Крышка монитора возвращается на место;
К ЮСБ разъёму подключается компьютерная мышь, которой осуществляется включение устройства;
Проверяется работоспособность осциллографа;

Если под рукой нет ненужного монитора, для изготовления осциллографа можно взять ЖК — телевизор.

Проверка работоспособности прибора

Возможность усиливать входящий сигнал – отличная функция, если вам не требуется его абсолютно точных параметров. Шум частоты 60 Гц, усиливаемый схемой, может пока определяться с достаточной погрешностью. Но это явление вызывает и блуждающая индуктивность входного провода. Уменьшить помехи может только экранированное заземление всех частей схемы.

Демонстрируемая катушка с проводом, соединенная со входом прибора, позволяет использовать большую индуктивность при сильном усилении. Ей можно обнаружить источники питания за несколько метров, направляя катушку в сторону расположения трансформаторов, после чего наглядно просмотреть их работу. Также можно обнаружить расположение процессора внутри сложного девайса. Можно использовать катушку, как индуктивный микрофон, поместив ее около динамика, играющего музыку. Магнитное поле, воспроизводимое катушкой диктора, будет обнаружено и усилено созданным прибором, после чего на кинескопе осциллографа отразится играемая музыка.

При создании осциллографа я поставил перед собой цель сделать его простым и дешёвым, с минимальным количеством деталей. В итоге получился простой малогабаритный осциллограф, способный помочь в настройке и ремонте силовых преобразователей, схем управления бытовой техникой, для исследования различных устройств, где не требуются точные измерения и высокие частоты. Прибор способен отобразить сигнал с частотой до 200 . 300 кГц.

Один канал;
Максимальная частота дискретизации: 4 MSPS;
Развертка времени: 4 мкс/дел, 10 мкс/дел, 20 мкс/дел, 50 мкс/дел, 0,1 мс/дел, 0,2 мс/дел, 0,5 мс/дел, 1 мс/дел, 2 мс/дел, 5 мс/дел, 10 мс/дел, 20 мс/дел, 100 мс/дел, 200 мс/дел, 500 мс/дел;
Чувствительность: 0,1 В/дел, 0,2 В/дел, 0,5 В/дел, 1 В/дел, 2 В/дел, 5 В/дел, 10 В/дел, 20 В/дел;
Разрешение дисплея: всего 128 x 64, разрешение трассировки 96 x 64;
Электропитание: 2 литий-ионных аккумулятора 3,6 В или адаптер постоянного тока 9 В . 15 В;
Потребление тока ~ 90 мА;
Запуск по нарастающему или спадающему фронту;
С сеткой или без сетки;
Сохранение последних настроек.

Осциллограф построен на микроконтроллере PIC16F1827, работающий на частоте 32 МГц (кварц 8 МГц X 4 PLL).

Графический ЖК-дисплей 128 на 64 пикселей, QC12864B с контроллером ST7920. К микроконтроллеру подключенн в последовательном режиме.

Для достижения более высокой частоты дискретизации используется внешний АЦП - TDA8703 - 8 бит с параллельным выходом. Он работает на частоте 4 МГц - это максимальная скорость, с которой этот микроконтроллер может считывать данные.

Отрицательное напряжение, необходимое для операционного усилителя, получается с помощью интегральной схемы ICL7660A от Intersil.

Печатная плата состоит из двух отдельных плат: основной платы (70 мм x 100 мм) и клавиатуры.

Обе они выполнены в виде односторонних плат, удобных в изготовлении любительскими методами.

Из-за ограничений трассировки, связанных с односторонней разводкой, некоторые соединения выполнены в виде перемычек.

Началось все с того, что на руках у меня появился графический LCD экранчик WG12864B фирмы WINSTAR. 128x64 пикселя, монохромный. Никогда с ними не работал, было интересно в нем разобраться (люблю копаться в даташитах, особенно, по Cortex M4 контроллерам в 1400 страниц).

Управление оказалось очень простым, мне показалось проще, чем управление символьными LCD экранами. Основная первоначальная сложность возникла лишь в том что экран поделен на 2 независимые части 64x64, каждая из которых управляется собственным контроллером. Об управлении писать не буду, в интернете тьма статей разных и библиотек.

Решил что одну половину экрана я буду сдвигать вместе с изображением сигнала, а на второй будет показываться различная информация: напряжение и все такое.
Логика проста. Стираем строчку(старую точку которая хочет вылезти справа при сдвиге более 64 точек), строим точку, эквивалентную напряжению, сдвигаем на 1 пиксель влево изображение. Эффект соединенных точек сначала думал сделать через алгоритм Брезенхема, но потом подумал, что сдвигаем ведь всего на 1 пиксель и линии будут вертикальные.

Сделал все это в бесконечном цикле, запустил, и… ничего не увидел. добавил задержку 100мс и получил то изображение, которое видно в видео. При уменьшении задержки изображение становится слаборазличимым. Тут я взгрустнул, так как сигналы частотой выше 10 Гц становятся совсем неразличимы. Это все из за метода сдвига экрана. Если стирать экран и записывать информацию блоками, а не пикселями, как это делал я, качество изображения значительно улучшится и ускорится отрисовка. Но делать это было, честно, неохота, особенно в сессию. И я оставил все как есть.

На нижней части экрана я нарисовал шкалу времени, подписал отрезок. Шкалу напряжения пришлось делать на нижнем экране, так как на сдвигающемся экране сложновато сделать несдвигающуюся шкалу, тем более, чтобы её было нормально видно.

Вот картинка, чтоб удобней было ориентироваться:

На текущий момент имеем 3 Вольта. Кому интересно, синус делал на ЦАПе МК Cortex M4 с периодом чуть больше 3 секунд. На экране видно, что пару значений не досчитал на пике.

Воот. А место-то еще осталось и добавил я еще пару цифровых каналов. Работают они на прерываниях и чуть пошустрей аналогового, так как немного по другому принципу: отобразили сигнал слева-направо, стерли, отобразили снова. Тут уж можно просмотреть цифровой сигнал с частотой меньше 50 Герц. Например, проверить работоспособность какого-нибудь медленного интерфейса. Очень медленного:)

В общем все рассказал. Предложения и отзывы в комментариях. Только не разводите балаган, лучше купите мне осциллограф)
Счастья всем.

UPDATE1: Спасибо всем за критику, после сессии попытаюсь более серьезно отнестись к программе и аппаратной части, опираясь на ваши замечания.

UPDATE2: вот код для atmel studio для микроконтроллера ATMega168, который содержит процедуры работы с графическим экраном, обработку прерываний таймера и цифровых входов.

В этой статье мы рассмотрим создание самодельного (DIY) осциллографа на основе платы Arduino и ЖК графического дисплея 128x64, способного работать в диапазоне от 10 Гц до 50 кГц. Это достаточно широкий диапазон, причем наш осциллограф не будет использовать внешний АЦП (аналогово-цифровой преобразователь), только плату Arduino.

Результаты работы осциллографа будут отображаться на сравнительно большом ЖК дисплее (ST7920) с разрешением 128x64 пикселов. Область для вывода результатов измерений будет иметь размер 96x64, а размер информационной области будет составлять 32x64 пикселов.

Также на нашем сайте вы можете посмотреть проект осциллографа на основе платы Arduino с выводом изображения на экран компьютера.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Nano R3 (купить на AliExpress).
Конденсатор 100 мкФ (купить на AliExpress).
ST7920 LCD 128x64 (графический ЖК дисплей) (купить на AliExpress).
Потенциометр (2 шт.) (купить на AliExpress).
Кнопочный переключатель, мгновенный (Momentary) (3 шт.).

Стоимость комплектующих для сборки данного осциллографа, как вы можете видеть, сравнительно небольшая. Если вы раньше не работали с графическим дисплеем, используемом в данном проекте, то на нашем сайте вы можете прочитать статью про подключение графического ЖК дисплея ST7920 к плате Arduino.

Работа схемы

Схема осциллографа 10 Гц – 50 кГц на основе платы Arduino Nano и ЖК дисплея ST7920 представлена на следующем рисунке.

Данный осциллограф будет обладать следующими особенностями:

автоспуск (дисплей очень стабильный);
скорость сканирования: 0.02ms/div~10ms/div, 9 уровней отображения;
функция удержания (Hold function): "замораживает" изображение на экране дисплея.

Первоначально подобный осциллограф был описан в блоге Wu Hanqing, но автор этого проекта внес в него небольшие изменения. Как можно видеть из представленного в конце статьи видео, осциилограф обеспечивает достаточно четкую картинку на сравнительно большом экране, хорошо работает автопуск. Вертикальная позиция изображения регулируется с помощью потенциометра 50 кОм, для управления контрастностью дисплея используется потенциометр 10 кОм. Нами осциллограф протестирован с помощью генератора синусоидальных и прямоугольных импульсов.

Данный осциллограф не является профессиональным инструментом, однако он хорошо подойдет для образовательных целей, а также для тестирования несложных устройств.

Хорошее, дорогое оборудование — роскошь для радиолюбителя. А китайские измерительные устройства, во-первых, низкокачественные, во-вторых, каких-то денег, да стоят.

Лайфхак для начинающих радиолюбителей и не только: как создать простейший адаптер небольшого диапазона частот, выполняющий функции цифрового осциллографа своими руками.

Все что Вам понадобится: самостоятельно спаянный делитель для осциллографа, звуковая карта, компьютер (ноутбук) и специальное программное обеспечение для визуализации сигнала на экране монитора.

Осциллограф применяется для ремонта и настройки различной аудио-аппаратуры и не только. Работает по принципу исследования параметров сигналов, подаваемых на вход прибора. Незаменим для настройки микросхем и диагностике датчиков.

Хотя, самостоятельно разработанный осциллограф будет значительно уступать профессиональному прибору, он прекрасно справится с такими функциями, как измерение параметров источников питания и усилителей.

Реализация

Для того чтобы соорудить осциллограф, необходимо собрать приставку, в которую должны быть включены 8 полупроводниковых диодов, 3 резистора и один аттенюатор, штекер для подключения к звуковой карте (LINE-IN), все как показано на схеме осциллографа своими руками.

Плата собрана именно по такому принципу, чтобы защитить звуковую карту от скачков напряжения, которые могут поступить на ее вход вместе с исследуемым цифровым сигналом.

Диоды не пропускают сигналы с амплитудой более 2В, а комбинация последовательно соединенных резисторов, образующих делитель, разрешает высокое входное напряжение.

Цифровой сигнал, подлежащий диагностике, поступает на входные клеммы приставки.

Собранная схема имеет линейный вход к звуковой карте через специальный штекер. Здесь важна длина соединительного провода.

Чем провод короче, тем меньше ошибок возникает при измерении сигнала, так как на низких измеряемых уровнях высока вероятность появления высокой погрешности искажений.

Лучше всего использовать двухжильный провод. На фото осциллографа, сделанного своими руками хорошо видно, что используется электрический провод в медной оплетке.

Программное обеспечение

Аппаратная часть готова, теперь необходимо подготовить программную среду, чтобы увидеть результаты измерений на экране компьютера. К счастью, сегодня существует множество программ, работающих с осциллографами.

Современные утилиты оснащены всеми необходимыми функциями для исследования и анализа сигналов, с которыми работает осциллограф.

Организация осциллографа через планшет

Сложность создания датчика для осциллографа через планшет заключается в отсутствии у последнего дискретного линейного входа. Поэтому дополнительным устройством служит телефонная гарнитура со входом для микрофона.

Разводка входных клемм у планшета и телефона должны совпадать. Тогда в клемму для микрофона подсоединяется источник сигнала по схеме, рассмотренной выше.

Так же, как в случае с компьютером (ноутбуком), необходимо установить специальное программное обеспечение для работы с полученным сигналом.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Щуп для компьютерного осциллографа

Даже имея массу различных промышленных кабелей, не лишним будет изготовить своими руками кабель-щуп для осциллографа, работающий на низкой частоте.

Преимуществом самодельного кабеля данного типа является его гибкость и небольшой размером, что очень удобно.

Калибровка компьютерного осциллографа

Если что-то пошло нет так, можно выполнить ремонт осциллографа, сделанного своими руками, произведя его калибровку.

Цифровой мультиметр.
Аналоговый прибор, типа стрелочный тестер (ампервольт).

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Так как аналоговые приборы дают высокую погрешность измерений переменных напряжений, величиной до 1В, калибровку выполняем на напряжении максимальной амплитуды.

Фото осциллографа своими руками

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Читайте также: