Aufbau eines Hobby-Oszilloskops

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Ich habe ein Projekt, über das ich eine Weile nachgedacht habe, und bin zu der Erkenntnis gekommen, dass ich irgendwann während seiner Entwicklung ein Oszilloskop brauchen werde. Okay, kein Problem.

Anstatt ein Oszilloskop zu kaufen, habe ich beschlossen, zumindest mein eigenes zu entwerfen und hoffentlich das Ergebnis zu erzielen. Zur Vereinfachung denke ich darüber nach, mit einem Raspberry Pi alle unterhaltsamen Berechnungen und Visualisierungen durchzuführen (ich habe keine Lust, die FFT auf einem AVR zu implementieren, vielen Dank).

Je mehr ich über Oszilloskope lese, desto verwirrter bin ich, um ehrlich zu sein. Warum ist ein Oszilloskop nicht nur ein ADC? Wenn ich so etwas wie hook up diese (mit entsprechendem Überspannungsschutz und Vorverstärkern) mit einer Schaltung auf ein Ende und ein entsprechend programmierten CPU auf dem anderen Seite nicht , dass ein Oszilloskop sein?

[In der Vergangenheit habe ich nur mit einfachen digitalen Schaltkreisen gearbeitet - ich bin hauptsächlich ein theoretischer Informatiker! - und so versuche ich gerade, meinen Kopf um analoge Elektronik zu wickeln. Als solches entschuldige ich mich, wenn die Antwort auf diese Frage sehr offensichtlich ist ...]

oscilloscope hobbyist

— Ätherisch
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Es kann nützlich sein, zunächst einige vorhandene Open-Source-Oszilloskope zu untersuchen: Einige Links hier , siehe auch diese . Für das RPi mit geschlossenem SoC-Design ist es erforderlich, NDAs zu unterzeichnen und den SoC-Hersteller davon zu überzeugen, dass Sie die Art von Informationen haben, die Sie möglicherweise benötigen, damit es das tut, was Sie wollen. So etwas wie ein Tiva-C Launchpad oder noch besser, das Beagle Bone Black könnte aus diesem Grund einen einfacheren Startpunkt darstellen. BBB verfügt über mehr als ausreichend E / A- und Rechenleistung sowie eine gute Dokumentation.

— Anindo Ghosh

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Sogar ein billiges 100-MHz-Oszilloskop kann eine Abtastrate von 1 Gps haben. Ein 8-Bit-A / D-Wandler mit 20 MSps ist für viel mehr als ein paar MHz nicht gut (Harry und Claude geben an, dass 10 MHz die absolute Grenze sind). Sie müssen in der Lage sein, die Informationen aus dem ADC in Ihren Prozessor zu übertragen, wo sie angezeigt werden können. Ein kommerzielles Frontend ist ebenfalls nicht trivial. Ich möchte Sie nicht entmutigen, aber etwas, das Sie bauen werden, wird nicht die Leistung eines 350-Dollar-Rigols haben. Es wird sicherlich ein gutes Projekt zum Lernen sein.

— Spehro Pefhany

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Warum sollte für ein Oszilloskop die FFT implementiert werden?

— Phil Frost

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Für ein Studienmodell ist neben dem ADC vor allem die Triggerschaltung zu realisieren. Sie möchten eine stetige Anzeige, nicht eine, die sich ständig bewegt. Sie müssen herausfinden, wie Sie die Welle jedes Mal genau im selben Moment zeichnen können. Es kann Spaß machen und Sie werden möglicherweise viel daraus lernen. Die wahrscheinlich wichtigste Lektion wird sein, dass digitale Oszilloskope in angemessener Qualität heutzutage recht billig sind.

— jippie

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Ich hoffe, Sie haben Zugriff auf ein Oszilloskop, während Sie dieses bauen. :-p

— Lyndon White

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Bei ihrem Herzen, ein (digital) Oszilloskop ist nur ein ADC, zusammen mit einigen Speichern , um die Proben zu halten. Die Proben werden dann aus dem Speicher ausgelesen und angezeigt.

Die praktischen Implementierungsprobleme machen kommerzielle Oszilloskope kompliziert. Das Eingangssignal muss für den Bereich des ADC entsprechend skaliert werden. Dies bedeutet, dass Dämpfungsglieder und / oder Verstärker mit sehr präzisen Verstärkungswerten erforderlich sind, die über einen großen Frequenzbereich (Gleichstrom bis 10s oder 100s) sehr flach sind Mindestens MHz), um Wellenformen mit minimaler Verzerrung zu messen.

Außerdem muss die Abtastrate des ADC in Abhängigkeit von der Anwendung über einen weiten Dynamikbereich (sehr genau) eingestellt werden - 1 ns / Abtastung bis 1 s / Abtastung (9 Größenordnungen) wären typisch.

Dann stellt sich die Frage, wann die Probenahme beginnen oder, was noch wichtiger ist, stoppen soll. Dies wird als Auslösen bezeichnet. Unterschiedliche Anwendungen haben unterschiedliche Anforderungen an die Auslösung, und für kommerzielle Bereiche gibt es eine große Auswahl.

— Dave Tweed
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Es ist schön zu sehen, dass ich nicht allzu weit weg war, danke! Ich denke, das klärt meine Verwirrung. Was wäre eine Teilmenge der zu implementierenden Auslösemechanismen, um ein Minimum an Funktionalität zu erreichen (lassen Sie uns beispielsweise eine Rechteckwelle anzeigen, ohne dass sich die Phase unnötig auf dem Display ändert)? Oder ist das eine blöde Frage?

— Ethereal

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Anstatt die Abtastrate des ADC anzupassen, sollten Sie ein digitales Dezimationsfilter in einem FPGA oder der Anzeigesoftware in Betracht ziehen. Grobe Designs, die lediglich die Abtastrate verringern, leiden unter verwirrendem Aliasing, das der Bediener entweder durch Kenntnis des Signals oder durch experimentelle Änderung der Zeitbasis ausschließen muss, um zu überprüfen, ob das Signal über- oder unterabgetastet ist.

— Chris Stratton

Die Rohtriggerung kann mit einem analogen oder digitalen Komparator erfolgen, der möglicherweise eine Hysterese aufweist. Bei einem digitalen Oszilloskop tasten Sie normalerweise kontinuierlich in einem Ringpuffer ab, während Sie auf den Auslöser warten, und halten dann einige Zeit an, nachdem die Auslösebedingung erfüllt wurde. Durch Anpassen der Menge der Nach-Trigger-Abtastung können Sie einen Puffer erhalten, der sowohl die Ereignisse vor als auch nach dem Trigger enthält.

— Chris Stratton

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In einem digitalen Bereich kann das Triggern vollständig im digitalen Bereich erfolgen, obwohl einige recht hochentwickelte Firmware erforderlich ist, um die Ergebnisse von sich wiederholenden Triggern für ein periodisches Signal korrekt zu überlagern. One-Shot-Trigger sind relativ trivial.

— Dave Tweed

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Es ist wichtig, ein Hobbyprojekt von gebrauchsfertigen Geräten zu unterscheiden und die richtige Wahl für Sie zu treffen. Dies muss nicht die richtige Wahl für andere sein.

Wenn Sie Ausrüstung für dieses Jahr für ein anderes Projekt verwenden möchten, würde ich eine kaufen. Könnte neu oder verwendet werden, basierend auf Ihren Anforderungen und Ihrem Budget.

Wenn Sie ein Oszilloskop als Hobby- oder Bildungsprojekt bauen möchten, dann machen Sie auf jeden Fall weiter! Ich wünsche Ihnen eine lustige und lehrreiche Erfahrung. Sie werden viel lernen. Wahrscheinlich werden Sie auf Neinsager stoßen; Sagen Sie ihnen, dass sie bei ihrem nächsten Urlaub viel Zeit und Geld sparen können, indem sie zB nicht nach Europa fahren und stattdessen ein Bilderbuch kaufen. Sie verpassen den Punkt!

Ein (grundlegendes) digitales Oszilloskop besteht in der Tat aus einem Front-End (einschließlich eines ADC und möglicherweise einer Triggerschaltung), einem eingebetteten Computer, einer Anzeige und einer Software.

Ich werde vorschlagen, dass die folgenden Probleme wahrscheinlich auftauchen:

Zeit. Dieses Projekt wird eine Weile dauern, abhängig von der gewünschten Leistung, Ihrer Erfahrung usw.
Kosten. Es kostet mehr als der Kauf eines Geräts mit gleicher Leistung.
Performance. Welche Art von Auftritt suchen Sie? Einschließlich Eingangsbereiche, Zeitauflösung, wie viel Spannung das Frontend aushalten muss.
Testen. Wie werden Sie es debuggen? Wie werden Sie überprüfen, ob es richtig funktioniert?
Sicherheit. Was passiert, wenn Sie 120VAC prüfen oder eine höhere Spannung feststellen?

— Technophile
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Sie wissen, dass sich die Europäer über Ihren Urlaubstipp amüsieren werden, oder? :-)

— RedGrittyBrick

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Ich denke, Sie können ein paar Ideen von AVR 10MHz 50MS / s Digital Storage Oscilloscope bekommen .
Es enthält vollständige Schaltpläne und Quellcode.

Bildbeschreibung hier eingeben

Es verwendet eine kleine CPLD, die die ADC-Ergebnisse liest und einen RAM füllt, und verwendet dann eine AVR-MCU, um die RAM-Daten zu lesen und an einen PC zu senden

Sie können auch nützlich finden:

Die Bitscope-Schaltpläne
Der dsonano inklusive vollständiger Schaltpläne und Quellcode
Mehrere DSO-bezogene Projekte mit FPGA oder mcu sind hier aufgelistet

Auf der openDSO- Projektseite befindet sich ein Blockdiagramm, das nützlich sein sollte, um die in einem DSO verwendeten Abschnitte zu visualisieren.

Bildbeschreibung hier eingeben

— alexan_e
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JYE Tech hat ein 49-Dollar-Oszilloskop-Kit :

enter image description here

mit folgenden Eigenschaften:

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 trägt es auch, aber für 10 Dollar mehr.

Alle oberflächenmontierten Komponenten sind bereits verlötet.

Es wird ein ATmega 64 verwendet. Sie stellen den Schaltplan und die Ersatzteilliste auf ihrer Website zur Verfügung, wenn Sie sie als Leitfaden für Ihr eigenes Rolling verwenden möchten. Der Firmware-Quellcode ist ebenfalls verfügbar.

Für nur 30 US-Dollar mehr (79,50 US-Dollar) haben sie ein zusammengebautes Gerät mit einer analogen Bandbreite von 5 MHz.

— Tcrosley
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Für das, was es wert ist, ist das in etwa die Leistung eines Heathkit-Oszilloskops aus den 1950er Jahren. Nur mit Wechselstrom gekoppelt (auf Vakuumröhrenbasis). theoldcatvequipmentmuseum.org/180/182/…

— Spehro Pefhany

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Ironischerweise stellte Heath 1947 sein erstes elektronisches Kit-Oszilloskop (das O1) vor, das ebenfalls für 50 US-Dollar verkauft wurde. Aber das wären etwas mehr als 500 Dollar in heutigen Dollars.

— Tcrosley

Dies ist äußerst ärgerlich, da es keinen Hinweis darauf gibt, in welcher Zeit die Auslösung erfolgte. Wenn eine Anzeige blinken würde oder nach einer halben Sekunde etwas erscheint, um anzuzeigen, dass die Anzeige veraltet ist, wäre dies weitaus nützlicher, auch wenn dies den Einschränkungen eines solchen primitiven Samplers unterliegt.

— Chris Stratton

Da sie den Firmware-Quellcode bereitstellen, können Sie wahrscheinlich ohne große Probleme eine Auslöseanzeige auf dem Display anbringen.

— Keshlam

Die von ihnen bereitgestellte Quelle ist jedoch eine eingeschränktere Firmware als die auf dem Gerät.

— Chris Stratton