构建爱好者示波器

电器工程 示波器 爱好者
2022-01-14 12:14:15

我有一个项目我已经考虑了一段时间,并且我意识到在它的开发过程中的某个时刻,我将需要一个示波器。好吧,没问题。

我没有购买示波器,而是决定我想——至少——设计自己的,并希望得到结果。为了让事情更简单,我正在考虑使用 Raspberry Pi 进行所有有趣的计算和可视化(我不想在 AVR 上实现 FFT,非常感谢)。

老实说,我对示波器的了解越多,我就越困惑。为什么示波器只是一个 ADC?如果我将这样的东西(带有适当的过压保护和前置放大)连接到一端的电路,另一端连接一个经过适当编程的 CPU,那不是示波器吗?

[过去我只研究简单的数字电路——我主要是一名理论计算机科学家!——所以我现在正试图把我的头放在模拟电子设备上。因此,如果这个问题的答案非常明显,我深表歉意......]

4个回答

从本质上讲,(数字)示波器只是一个 ADC,以及一些用于保存样本的存储器。然后从存储器中读出样本并显示。

实际的实现问题使商用示波器变得复杂。输入信号需要针对 ADC 的范围进行适当调整,这意味着您需要具有非常精确的增益值的衰减器和/或放大器,这些增益值在很宽的频率范围(DC 到 10s 或 100s MHz 至少)以测量失真最小的波形。

此外,根据应用的不同,ADC 的采样率需要在很宽的动态范围内(非常精确地)进行调整——通常为 1 ns/样本至 1 s/样本(9 个数量级)。

然后是知道何时开始——或者更重要的是,停止——采样的问题;这称为触发。不同的应用对触发有不同的需求,商业示波器有多种选择来适应它们。

将爱好项目与准备使用的设备区分开来并为您做出正确的选择非常重要。这不一定是其他人的正确选择。

如果你想要的是今年用于另一个项目的设备,我会买一个。根据您的要求和预算,可以是新的或使用的。

如果您想要构建示波器作为爱好或教育项目,那么请务必继续!我希望你有一个有趣和有教育意义的经历。你会学到很多东西。你可能会遇到反对者;告诉他们,他们可以在下一个假期节省大量时间和金钱,例如不用去欧洲而是买一本图画书。他们没有抓住重点!

(基本)数字示波器确实由前端(包括 ADC 和可能的触发电路)、嵌入式计算机、显示器和软件组成。

我建议可能会出现以下问题:

  • 时间。该项目将花费您一段时间,具体取决于所需的性能、您的经验等。
  • 成本。它比购买性能相同的产品要贵。
  • 表现。你在寻找什么样的表现?包括输入范围、时间分辨率、前端必须承受多少电压。
  • 测试。你将如何调试它?您将如何检查它是否正常工作?
  • 安全。如果您探测 120VAC 或达到更高电压会发生什么?

我想你可以从AVR 10MHz 50MS/s 数字存储示波器中得到一些想法
它包括完整的原理图和源代码。

在此处输入图像描述

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它使用小型 CPLD 读取 ADC 结果并填充 RAM,然后使用 AVR mcu 读取 RAM 数据并将其发送到 PC


您可能还会发现有用:

  • Bitscope示意图
  • dsonano包括完整的原理图和源代码
  • 此处列出了几个使用 FPGA 或 mcu 的 DSO 相关项目

openDSO项目页面中有一个框图,它应该有助于可视化 DSO 中使用的部分。

在此处输入图像描述

JYE Tech 有一个49 美元的示波器套件

在此处输入图像描述

具有以下特点:

5M samples/second
8 bit resolution
256 sample memory depth
1MHz analog bandwidth
100mV/Div-5V/Div sensitivity
1MΩ impedance
50Vpeak-to-peak max input voltage
DC/AC coupling
Save and display up to 6 captures to memory
Transfer screen capture to PC as a bitmap file (serial adapter not included)
Backlit LCD display
FFT function available

Sparkfun 也有它,但要多花 10 美元。

所有表面贴装组件都已焊接。

它使用 ATmega 64。如果您想使用它们作为自己滚动的指南,他们会在其网站上提供原理图和零件清单,但我怀疑您是否能以接近 49 美元的价格做到这一点。固件源代码也可用。

只需多花 30 美元(79.50 美元),他们就有一个具有 5 MHz 模拟带宽的组装单元。