NO.22 基于Arduino的数字示波器(完成)

ntwhq 于 2015-2-3 20:41 编辑

基于Arduino的数字示波器

一、概述

经常在网上看到有人制作数字示波器，数字示波器必须有数模转换单元，根据数模转换方式可以将电路分为两种模式：1.专用ADC芯片+单片机，2.利用单片机内部的ADC作数模转换。对于第一种模式我也做过两种(见我的博客： http://blog.sina.com.cn/ntwhq )，这种模式电路要复杂一点，元器件也较难配齐，对初学者来说比较困难。第二种结构比较简单，容易制作，但有一个明显的缺点，就是带宽比较窄，其中一个比较典型的作品是国外网友制作的：http://www.serasidis.gr/circuits/AVR_oscilloscope/avr_oscilloscope.htm ，这个示波器的带宽只有7.7KHz。国内也有网友用AVR和STC单片机制作的，但实际带宽均不超过10KHz。

最近看到有网友用Arduino做示波器，这可以说比上面的第二种方式还要简单，但观察其制作的效果却不理想，带宽很窄。因此我也想试一下，看看又没有好的方法来解决这一问题。通过实验制作，不断修改代码，提高数模转换的取样率，取得了很好的效果。

最终作品的主要参数：

频率响应：10Hz-50KHz

电源：5V

LCD液晶屏： 128x64（ST7920）

测量显示区：96x64

信息显示区：32x64，显示测试信号的频率、Vpp等内容

同步方式：上升沿触发

扫描速度：0.02ms/div~10ms/div,按1-2-5进位分九档

Hold功能：冻结显示波形和参数

二、基础试验

使用Arduino 做项目的最大优势就是其丰富的资源，同时也不需要了解太多单片机的知识。我下面的制作就利用了一个LCD的资源库u8glib，使得编程变得简单多了，不然LCD的驱动会花费你好多时间。

u8glib 下载： 网盘下载u8glib_arduino_v1.13.zip http://pan.baidu.com/s/1dExdYV3

下面是我先用Arduino UNO搭建的试验电路，LCD使用ST7920控制的12864液晶屏。

只要输入法下列代码，编译下载后就能实现数字示波器的基本功能了，是不是很简单？

[C] 纯文本查看 复制代码

#include <U8glib.h> //声明库

U8GLIB_ST7920_128X64_4X u8g(13, 12, 11); // 声明液晶屏 SPI Com: SCK =13, MOSI = 12, CS =  11

int x,y; //绘点坐标

int Buffer[128]; //缓存值储存数组

void setup( ) {  }

//采样

void sample( )

{

for(x = 0;x < 128;x++)

Buffer[x] = analogRead(A0);  //信号采样

for(x = 0;x < 128;x++)

Buffer[x] = 63-(Buffer[x]>>4); //计算纵坐标值

}

//显示

void draw( )

{

for(x = 0;x < 127;x++)

u8g.drawLine(x,Buffer[x],x,Buffer[x+1]);  //画相邻两点连线

u8g.drawLine(64,0,64,63); // 画坐标轴

u8g.drawLine(0,32,128,32);

for(x=0;x<128;x+=8)   //画坐标轴刻度

u8g.drawLine(x,31,x,33);

for(x=0;x<64;x+=8)

u8g.drawLine(63,x,65,x);

u8g.drawFrame(0,0,128,64); //画边框

}

void loop( )

{

sample();         //采样

u8g.firstPage();  //清屏

do  draw( );      //显示

while( u8g.nextPage( ));

}

显示效果：

利用这个试验电路，我测量了Arduino 直接使用analogRead() 函数完成一次数模转换的时间约为111微秒，转换速度很慢，因此其带宽只有1KHz多点，接下来的首要任务就是提高数模转换速度，同时增加其它功能。

三、最新程序

下面是最新的源代码，使用时请保留我的开机LOGO，呵呵。

Arduino_oscilloscope.zip 网盘下载Arduino_oscilloscope.zip http://pan.baidu.com/s/1dExdYV3

上述程序ADC使用片内1.1V基准电压，如果要使用片外5V基准电压，应将程序中

ADMUX=0xe0; 改为：ADMUX=0x60;

Vpp=(V_max-V_min)1.1/255;改为： Vpp=(V_max-V_min)5/255;

四、整机制作

上面做试验用的是Arduino UNO，实际制作时使用Arduino PRO mini，这样才能有小体积。

电路图：

主要元器件清单：

名称数量

Arduino　PRO mini 1

LCD12864液晶屏（ST7920） 1

电解电容器（100μ 25V） 1

电位器（50k） 1

洞洞板 2

按钮开关 3

电源开关 1

电池盒（配7号充电电池） 1

机壳 1

1、焊接Arduino　PROmini 插针。

2、焊接电路板元件

3、制作LCD洞洞板

4、组装电路板

5、制作机壳

我用了一个充电宝的塑料包装盒改制机壳，在相应的地方打上孔。

6、总装

将电路板装入机壳，用厚点的白纸做一个面板，贴在前面板内侧。

五、程序下载与测试

由于 Arduino PRO mini 不自带USB转串口的电路，所以要通过一根USB转串口的下载线才能下载程序。

示波器的调试很简单，只要调节50k电位器使水平扫描线居中即可。

我用一台信号发生器作信号源。

开机LOGO

测试图：

六、测试视频

测试过程中在调节信号源的频率输出方法，调节示波器的扫描速度按键和Hold按键。

七、几点说明

1、这是一个最简单的数字示波器，可以在此基础上进一步完善；

2、大家可能注意到我没有使用 I/O端口0-7，这正好是AVR单片机的一个8位并口，这是我为后续升级准备的，在使用专用ADC芯片的时候它可以作为数据输入，如果大家对这个示波器感兴趣，以后我会考虑升级；

3、作品完成得比较仓促，有什么缺陷和不足的地方，请大家指教，你制作中有什么问题也可以在这里交流。

谢谢大家！

via - arduino中文社区

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