轻松打造一款“Arduino简易示波器”

刘登辉

示波器:   示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点（这是传统的模拟示波器的工作原理）。在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。
对于电子爱好者来说，来一件称心的工具比一身比较哇塞的衣服要使心里畅快的多。
下面就请大家准备好一颗积极的心，一双神奇的手，来打造一款属于自己的简易示波器吧！

刘登辉

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：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？

1. #include <U8glib.h> //声明库
   
2. U8GLIB_ST7920_128X64_4X u8g(13, 12, 11); // 声明液晶屏 SPI Com: SCK =13, MOSI = 12, CS =  11
   
3. int x,y; //绘点坐标
   
4. int Buffer[128]; //缓存值储存数组
   
5. void setup( ) {  }  
   
6. //采样
   
7. void sample( )   
   
8. {   
   
9. for(x = 0;x < 128;x++)  
   
10.    Buffer[x] = analogRead(A0);  //信号采样
    
11. for(x = 0;x < 128;x++)   
    
12.    Buffer[x] = 63-(Buffer[x]>>4); //计算纵坐标值
    
13. }
    
14. //显示
    
15. void draw( )   
    
16. {   
    
17.   for(x = 0;x < 127;x++)   
    
18.      u8g.drawLine(x,Buffer[x],x,Buffer[x+1]);  //画相邻两点连线   
    
19. u8g.drawLine(64,0,64,63); // 画坐标轴  
    
20. u8g.drawLine(0,32,128,32);
    
21. for(x=0;x<128;x+=8)   //画坐标轴刻度  
    
22.    u8g.drawLine(x,31,x,33);
    
23. for(x=0;x<64;x+=8)
    
24.    u8g.drawLine(63,x,65,x);
    
25. u8g.drawFrame(0,0,128,64); //画边框  
    
26. }   
    
27. void loop( )  
    
28. {  
    
29.    sample();         //采样
    
30.    u8g.firstPage();  //清屏
    
31.    do  draw( );      //显示
    
32.    while( u8g.nextPage( ));
    
33. }  

复制代码

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。



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　PRO  mini 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。









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！

转自arduino论坛