描述

介紹

故事很簡(jiǎn)單。我決定我的電子學(xué)學(xué)習(xí)之旅已經(jīng)到了可以使用示波器成為有用工具的地步。

但是，我不確定這種電子愛好會(huì)持續(xù)多久，所以我不想花大筆錢買可能會(huì)變成昂貴的紙鎮(zhèn)。事實(shí)上，我是個(gè)小氣鬼，我什至不想花小錢。

經(jīng)過(guò)一些研究并檢查了我的（稀疏的）零件箱和車庫(kù)中的各種垃圾堆，我想我可以構(gòu)建一個(gè)基于微控制器的示波器，足以滿足我非常有限的需求 - 而無(wú)需購(gòu)買任何額外的硬件。

微控制器

第一步是選擇我要使用的微控制器開發(fā)板。我有一些 Arduino 板（一個(gè) Uno 和 Nano）和一個(gè) Raspberry PI Pico。Pico 的 500kS/s 采樣率與 Arduino 的 77kS/s 最大采樣率意味著只要我能找到一些合適的軟件，這個(gè)決定就很容易了。

軟件

顯然，我需要在 Pico 上運(yùn)行一些軟件來(lái)捕獲樣本、顯示波形并處理觸發(fā)和縮放等事情。由于沒有自己編寫軟件的意愿（或技能），所以我測(cè)試了我的 Google 搜索技能。在幾乎放棄之后，我終于遇到了一個(gè)名為Scoppy的項(xiàng)目。Pico 上運(yùn)行的軟件是開源的，但不提供任何用戶界面。為此，您需要安裝一個(gè) Android 應(yīng)用程序，不幸的是它不是開源的，所以不理想。然而，在沒有更好的選擇的情況下，我決定繼續(xù)這樣做。

外殼

對(duì)于外殼，我決定使用前段時(shí)間從垃圾箱中救出的 PVR 外殼。

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拆下硬盤和電路板后，我發(fā)現(xiàn)一塊 9 厘米 x 15 厘米的穿孔板非常適合安裝在機(jī)箱底部的現(xiàn)有支架上。

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探頭和連接器

當(dāng)然，永遠(yuǎn)不可能使用真正的示波器探頭，因?yàn)樗鼈兛隙〞?huì)超出我 0 美元的預(yù)算，而且畢竟示波器只能測(cè)量低頻信號(hào)。數(shù)字萬(wàn)用表型探頭可以，但可惜我在零件箱中沒有任何 4 毫米插座。

我想出的零成本解決方案是使用 PVR 外殼背面的 RCA 連接器。

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似乎我購(gòu)買的每一件 A/V 設(shè)備都帶有 RCA 電纜，其中大部分從未使用過(guò)，但我當(dāng)然保留了它們以“以防萬(wàn)一”。

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通過(guò)切斷適當(dāng)長(zhǎng)度的電纜并連接跳線，RCA 電纜很容易轉(zhuǎn)換成可用的探頭。作為獎(jiǎng)勵(lì)，內(nèi)部導(dǎo)體是屏蔽的，盡管我不確定這是否會(huì)對(duì)示波器可以測(cè)量的低頻產(chǎn)生任何影響。

示意圖

示波器的模擬前端主要遵循這里的設(shè)計(jì)，給示波器四個(gè)電壓范圍。使用的大多數(shù)組件都是非常通用的（軟糖？），我可以從我的零件箱中找到除 BAT46 二極管之外的所有組件（我只是使用 1N4148 而不是 BAT46 - 似乎工作正常）。

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每個(gè)示波器輸入都連接到一個(gè)電阻分壓器，該電阻分壓器將信號(hào)衰減兩倍。一對(duì) 1N4818 二極管用于保護(hù)運(yùn)算放大器非反相輸入免受負(fù)電壓的影響。正極沒有提供電壓保護(hù)，因?yàn)?LM324 的額定電壓為 32V，遠(yuǎn)高于我預(yù)期的任何測(cè)量值。

四個(gè)電壓范圍是通過(guò)改變運(yùn)算放大器的反饋電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。鑒于現(xiàn)有電阻器的范圍有限，該范圍的電壓范圍最終為：

• 0.30 至 6.30V
• 0.30 至 3.63V
• 0.30 至 1.05V
• 0.30 至 0.30V

為什么-0.30V而不是零？如果電壓范圍的低端為零，則運(yùn)算放大器需要輸出 0V 才能使示波器正確顯示 0V 輸入電壓 - 但運(yùn)算放大器的負(fù)電源也是 0V，因此永遠(yuǎn)不會(huì)能夠擺動(dòng)輸出電壓那么低。

運(yùn)算放大器輸出通過(guò)限流電阻連接到 Pico 上的 ADC。肖特基二極管可防止 ADC 引腳上的電壓升至 3.6V 的絕對(duì)最大允許電壓以上。

該示波器在信號(hào)發(fā)生器的輸出端包括一個(gè)低通濾波器，以便可以從合適的 PWM 信號(hào)生成正弦波。

集會(huì)

組裝很簡(jiǎn)單。這是所有零件都焊接到穿孔板上后的樣子。

底部

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頂面

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可是等等！你可能會(huì)問(wèn)那些又胖又丑的白色東西是什么。好吧，對(duì)于板上的一些較長(zhǎng)的連接，我決定使用 Apple USB 電纜的長(zhǎng)度（帶有現(xiàn)在已過(guò)時(shí)的連接器的那種）。我使用這些不僅是因?yàn)槲业倪B接線不足，還因?yàn)檫@些電纜是屏蔽的，因此希望它們能夠?qū)?ADC 輸入與噪聲隔離開來(lái)。

完成的產(chǎn)品

好的。所以它丑陋、簡(jiǎn)單且規(guī)格低，但在我的電子學(xué)習(xí)之旅中，我的“零件箱范圍”對(duì)我來(lái)說(shuō)很好用。誰(shuí)知道，有一天我可能會(huì)花大價(jià)錢買一臺(tái)真正的示波器，比如 DSO138 ;)

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首先嘗試使用parts-bin 范圍。半波整流電路。

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未來(lái)可能的改進(jìn)

1. 切換輸入電壓范圍

零件箱中缺少開關(guān)意味著輸入電壓范圍只能通過(guò)打開外殼并移動(dòng)連接到運(yùn)算放大器反饋電阻器的接頭來(lái)改變。很煩人。

2. 更好地訪問(wèn)邏輯分析儀輸入

只有兩個(gè)邏輯分析儀輸入具有可從外殼外部訪問(wèn)的連接器 - 因此專用連接器對(duì)于能夠使用所有 8 個(gè)通道很有用。

3. 邏輯分析儀電平轉(zhuǎn)換

邏輯分析儀輸入端的電壓限制為 3.3V。如果它也接受 5V 邏輯會(huì)很方便。

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